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《用有限元強度折減法進行邊坡穩(wěn)定分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、萬方數(shù)據(jù)20112年10月中國工程科學Oct．2002篁!童篁!!塑墾!!!!!!!!堡!!壅!竺!坐：!型!：!!研究報告用有限元強度折減法進行邊坡穩(wěn)定分析鄭穎人，趙尚毅，張魯渝(后勤工程學院軍事土木工程系，重庚400041)[摘要】通過對邊坡非線性有限元模型進行強度折減，使邊坡達到不穩(wěn)定狀態(tài)時，非線性有限元靜力計算將不收斂．此時的折減系數(shù)就是穩(wěn)定安全系數(shù)，同時可得到邊坡破壞時的滑動面。傳統(tǒng)條分法無法扶得巖質(zhì)邊坡的滑動面與穩(wěn)定安全系數(shù)，該方法開創(chuàng)了求巖質(zhì)邊坡滑動面與穩(wěn)定安全系數(shù)的先例。文章對此法的計算精度以及影響因素進行了分析。算例
2、表明采用摩爾庫侖等面積圓屈服準則求得的穩(wěn)定安全系數(shù)與簡化Bishop法的涅差為3％～8％，與Spencer法的誤差為1％一4％，證實了其實用于工程的可行性。[關(guān)鍵詞]邊坡穩(wěn)定分析；有限元強度折減法；屈服準則[中圍分類號】TU457[文獻標識碼】A[文章編號】10091742(,2002)100057051引言西部開發(fā)是我國實現(xiàn)地區(qū)平衡發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措。然而，我國西部地區(qū)山高坡陡、溝壑縱橫，城市建筑依山而立，公路、鐵路翻山越嶺，復雜多變的地形地貌決定了我國西部開發(fā)將面f躪大量滑(邊)坡工程，滑坡與邊坡事故日益增多。例如20
3、01年，重慶市云陽縣就發(fā)生兩次大型滑坡，重慶市武隆邊坡失穩(wěn)坍塌造成79人死亡。重慶市近20年來累計發(fā)生地質(zhì)災害3．33萬處，僅2000年就發(fā)生6371處，受災19．33萬人，倒塌房屋8．68萬問，直接經(jīng)濟損失7．67億元。重慶市已經(jīng)成為地質(zhì)災害的重災區(qū)，尤其是隨著三峽庫區(qū)蓄水和新興城市的建設(shè)，有可能誘發(fā)更大的地質(zhì)災害，隱患無窮。現(xiàn)在，國務(wù)院已經(jīng)決定撥款40億元，用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災害治理，僅重慶三峽庫區(qū)計劃的地質(zhì)災害治理工程就有143個。頻發(fā)的地質(zhì)災害以及大量災害治理資金的投入，使得滑(邊)坡穩(wěn)定性問題成為西部開發(fā)中的熱點與難點問題。邊
4、坡穩(wěn)定分析是經(jīng)典土力學最早試圖解決而至今仍未圓滿解決的課題，各種穩(wěn)定分析方法在國內(nèi)外水平大致相當。對于均質(zhì)土坡，傳統(tǒng)方法主要有：極限平衡法、極限分析法和滑移線場法等。就目前工程應用而言，主要還是極限平衡法，但需要事先知道滑動面位置和形狀。對于均質(zhì)土坡，可以通過各種優(yōu)化方法來搜索危險滑動面。但是，對于巖質(zhì)邊坡，由于實際巖體中含有大量不同構(gòu)造、產(chǎn)狀和特性等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面(比如層面、節(jié)理、裂隙、軟弱夾層、巖脈和斷層破碎帶等)，給巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析帶來了巨大的困難。傳統(tǒng)極限平衡方法尚不能搜索出危險滑動面以及相應的穩(wěn)定安全系數(shù)。而目前的各種數(shù)值分
5、析方法，一般只是得出邊坡應力、位移、塑性區(qū)，也無法得到邊坡危險滑動面以及相應的安全系數(shù)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，尤其是巖土材料的非線性彈塑性有限元計算技術(shù)的發(fā)展，有限元強度折減法近來在國內(nèi)外受到關(guān)注，對于均質(zhì)土坡已經(jīng)得到了較好的結(jié)論．但尚未在工程中實用。筆者采用有限元強度折減法?1，對均質(zhì)土坡進行了系統(tǒng)分析，證實了用于工程的可行性，得到了節(jié)理巖質(zhì)邊坡坡體的危險滑動面和相應的穩(wěn)定安全系數(shù)。該方法可以對貫通和非貫通的節(jié)理巖質(zhì)邊坡進行穩(wěn)定分析，同時可以考慮地下水、【l
6、叟稿日期】20020610【作者簡介]郢穎』、(1933)，男。浙江鎮(zhèn)海市
7、人，中國工程院院士，后勤工程學院教授，博士生導師萬方數(shù)據(jù)中國工程科學施T過程對邊坡穩(wěn)定忭的影響，可以考慮各種支擋結(jié)構(gòu)與巖土材料的共同作用，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析開辟了新的途徑，，2有限元強度折減系數(shù)法基本原理有限元強度折減系數(shù)法的基本原理是將坡體強度參數(shù)：粘聚力c和內(nèi)摩擦角p值同時除以一個折減系數(shù)F。m得到一組新的c7、∞7值，然后作為新的資料參數(shù)輸人．再進行試算，當計算不收斂時，對應的F。。I被稱為坡體的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，此時坡體達到極限狀態(tài)，發(fā)生剪切破壞，同時叮得到坡體的破壞滑動面。c’=(／Ftrial，P。=arctan(tan≯
8、／F1。】)3有限元強度折減系數(shù)法精度分析3．1屈服準則的選用安全系數(shù)大小與程序采用的屈服準則密切相關(guān)，不同的準則得出不同的安全系數(shù)。目前流行的大型有限元軟件ANSYS，以及美國MSC公司的MARC、PA'I、RAN、NASTRAN均采用了廣義米賽斯準則：F=a11+√J2=^，式中，。，J2分別為應力張量的第一不變量和應力偏張量的第二不變量。n、k是與巖土材料內(nèi)摩擦角∞和內(nèi)聚力r有關(guān)的常數(shù)，這是一個通用表達式，通過變換a、k的表達式就可以在有限元中實現(xiàn)不同的屈服準則，各準則的參數(shù)換算關(guān)系見表1。傳統(tǒng)的極限平衡法采用摩爾一庫侖準則，但
9、是由丁摩爾庫侖準則的屈服面為不規(guī)則六角形截面的角錐體表面，存在尖頂和菱角，給數(shù)值計算帶來困難。為了與傳統(tǒng)方法進行比較，本文采用了徐干成、鄭穎人(1990)提出的摩爾一庫侖等面積圓屈服準則(1)p4)代替?zhèn)鹘y(tǒng)摩爾一庫侖準則
