土坡穩(wěn)定分析強(qiáng)度折減有限元法

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1、土坡穩(wěn)定分析強(qiáng)度折減有限元法-->土坡穩(wěn)定分析強(qiáng)度折減有限元法摘　要:采用抗剪強(qiáng)度折減彈塑性有限元法分析土坡穩(wěn)定性問(wèn)題,通過(guò)與傳統(tǒng)極限平衡法分析結(jié)果對(duì)比研究,對(duì)抗剪強(qiáng)度折減有限元法分析土坡穩(wěn)定問(wèn)題的適用性進(jìn)行了評(píng)價(jià);并得出土坡發(fā)生滑裂破壞前夕土體內(nèi)應(yīng)變狀態(tài)的分布規(guī)律.關(guān)鍵詞:土力學(xué);土坡穩(wěn)定性;強(qiáng)度折減;彈塑性有限元中Abstract:TheelastoplasticshearstrengthreductionFEMisusedtoanalyzethestabilityshuoboll_222.htmlofsoilslo

2、pes.ThroughparisonoftheFEMcalculationitequilibriummethod,theapplicabilityofFEMtoanalysisoftheslopestabilityisevaluated.Thedistri-butionofstraininthesoiljustbeforethefailureoftheslopeisobtained.Keyechanics;soilslopestability;strengthreduction;elastoplasticFEM　引　言土

3、坡穩(wěn)定性是土力學(xué)的古典課題之一,代寫(xiě)工程管理碩士畢業(yè)論文shuoboll_222.html土建工中經(jīng)常要遇到土坡穩(wěn)定分析問(wèn)題.目前工程實(shí)踐常用的土坡穩(wěn)定分析方法是建立在極限平衡理基礎(chǔ)上的極限平衡法.但是極限平衡法有其自身缺陷:由于此方法中將土體劃分為剛性土條,所不能很好地考慮土體內(nèi)部應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,求出土體間內(nèi)力和滑裂面底部反力不是真實(shí)存在的;無(wú)法分析穩(wěn)定破壞的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程,更無(wú)法慮局部變形對(duì)土坡穩(wěn)定的影響;此法所求出的安系數(shù)只是所假定的滑裂面上的平均安全度.隨著限單元法在巖土工程中的廣泛應(yīng)用,它也被用來(lái)析土坡穩(wěn)定性.

4、使用有限單元法,可以考慮到土的非線性本構(gòu)關(guān)系,求出每一計(jì)算單元的應(yīng)力及變形,確定破壞區(qū)的位置及破壞范圍的擴(kuò)展情況,并求得合適的臨界滑裂面位置,再根據(jù)極限平衡分析推求整體穩(wěn)定安全系數(shù)[1].本文結(jié)合工程實(shí)例,分別使用極限平衡法和抗剪強(qiáng)度折減有限元法研究土坡穩(wěn)定性問(wèn)題,將兩種計(jì)算方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,評(píng)價(jià)抗剪強(qiáng)度折減有限元法分析土坡穩(wěn)定問(wèn)題的適用性;并得到土坡發(fā)生滑裂破壞時(shí)土體變形性狀的一些規(guī)律.1　計(jì)算原理1.1抗剪強(qiáng)度折減有限元法所謂抗剪強(qiáng)度折減技術(shù)就是將土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和φ,用一個(gè)折減系數(shù)Fs,如式(1)和(2)

5、示的形式進(jìn)行折減,然后用折減后的虛擬抗剪強(qiáng)指標(biāo)cF和φF,取代原來(lái)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和φ,有限元分析中使用.cF=c/Fs(1)φF=tan-1(tan(φ)/Fs)(2)中,c是土體的粘聚力,φ是土體的內(nèi)摩擦角.在彈塑性有限元數(shù)值分析中,折減系數(shù)Fs的始值取得足夠小,以保證開(kāi)始時(shí)是一個(gè)近乎彈性問(wèn)題.然后不斷增加Fs的值,折減后的抗剪強(qiáng)度標(biāo)逐步減小,反復(fù)對(duì)土坡進(jìn)行分析,首先部分單開(kāi)始屈服,應(yīng)力在單元之間重新分配,土體中局失穩(wěn)逐漸發(fā)展;直到某一個(gè)臨界狀態(tài),在虛擬的減抗剪強(qiáng)度下整個(gè)土坡發(fā)生失穩(wěn).那么在發(fā)生整失穩(wěn)之前的那個(gè)折減系

6、數(shù)值,即土體的實(shí)際抗剪度指標(biāo)與發(fā)生虛擬破壞時(shí)折減強(qiáng)度指標(biāo)的比值,是這個(gè)土坡的穩(wěn)定安全系數(shù).這種穩(wěn)定分析方法為抗剪強(qiáng)度折減有限元法(SSRFEM)[2].使用SS-FEM不僅可以直接得出土坡的穩(wěn)定安全系數(shù),不要事先假設(shè)滑裂面的形式和位置,還可以得到土內(nèi)各單元的應(yīng)力和變形情況,給出土體的破壞區(qū),從而大致給出破壞面的位置.這里定義的抗剪度折減系數(shù),與極限平衡分析中所定義的土坡穩(wěn)安全系數(shù)在本質(zhì)上是一致的..2　土體本構(gòu)模型使用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則作為屈服函數(shù),并且用rucker-Prager方程作為塑性勢(shì)函數(shù)的本構(gòu)模型稱(chēng)

7、Mohr-CoulombDrucker-Prager模型(簡(jiǎn)稱(chēng)MC-DP型).屈服函數(shù)由Mohr-Coulomb方程給出,可以寫(xiě)成下形式:=(σ1-σ3)-(σ1+σ3)sinφ-2c•cosφ(3)中:f為屈服函數(shù),σ1和σ3分別是最大和最小有主應(yīng)力.塑性勢(shì)函數(shù)為:Φ=σ1-σ32-σ1+σ32sinΨ(4)中:Φ是塑性勢(shì)函數(shù),Ψ是剪脹角.塑性應(yīng)變?cè)隽靠梢杂伤苄詣?shì)函數(shù)來(lái)計(jì)算,用矩形式可表示為:[dεp]=dλΦσ(5)中:dεp為塑性應(yīng)變?cè)隽?dλ是塑性乘子.1.3　彈塑性有限元計(jì)算增量理論的彈塑性應(yīng)力-應(yīng)

8、變關(guān)系式如下:{dσ}=[D]-(1-r)[D]ΦσfσT[D]fσT[D]Φσ{dε}(6)式中,[D]為彈性矩陣.參數(shù)r(0r1)可采用下式近似計(jì)算:r=-f0/(f1-f0)(7)式中,f0為彈性初始應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的屈服函數(shù)值,f1為塑性應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的屈服函數(shù)值.當(dāng)r=1時(shí),單元處于彈性狀態(tài),應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式即為