基于強(qiáng)度折減有限元法分析邊坡穩(wěn)定性.pdf

《基于強(qiáng)度折減有限元法分析邊坡穩(wěn)定性.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、張政杰等：基于強(qiáng)度折減有限元法分析邊坡穩(wěn)定性135DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．01．048基于強(qiáng)度折減有限元法分析邊坡穩(wěn)定性張政杰，王宏權(quán)，李幼輝(1．河北工程大學(xué)資源學(xué)院，河北邯鄲056038；2．河海大學(xué)土木與交通學(xué)院。南京210098)【摘要】將大型有限元軟件ABAQUS與強(qiáng)度有限元法相結(jié)合，采用特征點(diǎn)位移增量的突變及塑性區(qū)的貫通作為邊坡失穩(wěn)破壞準(zhǔn)則，對(duì)邊坡失穩(wěn)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析。當(dāng)邊坡上特征點(diǎn)的位移發(fā)生突變和塑性區(qū)貫通時(shí)，邊坡處于臨界破壞狀態(tài)，此時(shí)的折減系數(shù)即為邊坡的最小安

2、全系數(shù)。通過(guò)算例分析，并與Slope軟件計(jì)算得到的安全系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的合理性與可行性。同時(shí)，利用ABAQUS的后處理功能，對(duì)邊坡的失穩(wěn)破壞過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了邊坡破壞機(jī)制和破壞階段?！娟P(guān)鍵詞】邊坡穩(wěn)定；強(qiáng)度折減法；ABAQUS；安全系數(shù)；破壞過(guò)程【中圖分類號(hào)】TU432【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2015)01—0135—03邊坡穩(wěn)定性分析是邊坡工程的核心問(wèn)題，也一直荷載所發(fā)揮的最低抗剪強(qiáng)度即按照實(shí)際強(qiáng)度指標(biāo)折是巖土工程中重要的研究領(lǐng)域，至今已出現(xiàn)數(shù)十種分減后所確定、實(shí)際中得以發(fā)

3、揮的抗剪強(qiáng)度相等。析方法。就目前工程應(yīng)用而言，主要是極限平衡法和強(qiáng)度折減法的基本原理是巖土體材料的強(qiáng)度參有限元分析法。傳統(tǒng)的極限平衡法考慮了土體的強(qiáng)數(shù)C、同時(shí)除以一個(gè)強(qiáng)度折減系數(shù)F，得到折減后度特性，但未考慮土體本身的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，無(wú)法得的強(qiáng)度參數(shù)c、IP，其表達(dá)式為：到邊坡破壞過(guò)程中，坡內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變的空間分布，c=寺一，：arctan()(1)計(jì)算過(guò)程中，需要事先知道邊坡滑動(dòng)面的位置和形r‘r狀，無(wú)法搜索出邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面以及得到相應(yīng)的式中，c和是土體所能提供的抗剪強(qiáng)度；c和安全系數(shù)，從而使極限平衡法的應(yīng)用受到一

4、定限制。是土體實(shí)際發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度；F是強(qiáng)度折減系數(shù)。整有限元分析邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題，不但可以考慮土體本身個(gè)計(jì)算過(guò)程中通過(guò)不斷增加，使用折減后的材料參的彈塑性關(guān)系，得到各土體單元的位移、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)數(shù)進(jìn)行有限元試算，當(dāng)計(jì)算不收斂或邊坡達(dá)到臨界破系，還可以模擬邊坡的破壞過(guò)程，得到相應(yīng)的滑動(dòng)面。壞時(shí)的強(qiáng)度折減系數(shù)即為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。此外，有限元分析法可以模擬復(fù)雜邊界條件，求解安1．2屈服準(zhǔn)則的選取全系數(shù)時(shí)，不需要條分和假定土條為剛體。屈服準(zhǔn)則的選取與邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大小有密切強(qiáng)度折減有限元法在目前邊坡穩(wěn)定分析中應(yīng)用關(guān)系，不同屈服

5、準(zhǔn)則得到的安全系數(shù)有一定差異性。本較為廣泛，其將強(qiáng)度折減原理與有限元分析方法相結(jié)文求解邊坡穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，采用理想彈塑性模型，屈服準(zhǔn)合，通過(guò)不斷調(diào)整折減系數(shù)的大小，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)則采用M0llr—Coulomb破壞準(zhǔn)則，其表達(dá)式為：行分析，求出邊坡穩(wěn)定的最小安全系數(shù)。。本文運(yùn)1一F=÷flsimp—CCOS0+√J2[cos0—用大型有限元分析軟件ABAQUS，結(jié)合強(qiáng)度折減法對(duì)1邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并利用ABAQUS強(qiáng)大的后處~√=slonslon]=0(2)理功能，對(duì)邊坡的失穩(wěn)破壞過(guò)程進(jìn)行了模擬。3。1強(qiáng)度折減有限元法

6、式中，，。和分別是應(yīng)力張量第一不變量和應(yīng)力1．1強(qiáng)度折減法的基本原理偏量第二不變量；c和分別是土的粘聚力和內(nèi)摩擦強(qiáng)度折減法是1975年Zienkiewicz等在土工彈角；0是應(yīng)力羅德角。塑性有限元數(shù)值分析一文中首次提出，他們提出了一1．3流動(dòng)法則的選取個(gè)抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)(SSRF：ShearStrengthReduction在有限元計(jì)算中，流動(dòng)法則的選取與剪脹角值Factor)的概念，由此所確定的強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)與的選取有關(guān)。當(dāng)=時(shí)，即剪脹角等于土的內(nèi)摩擦Bishop在極限平衡法中所給出的穩(wěn)定安全系數(shù)在概念角時(shí)，為相關(guān)

7、聯(lián)流動(dòng)法則；當(dāng)≠時(shí)，即剪脹角不等是一致的?？辜魪?qiáng)度折減系數(shù)的定義為：在外荷載于內(nèi)摩擦角時(shí)，為不相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則。對(duì)于同一類材保持不變的情況下，邊坡內(nèi)土體所能提供的最大抗剪料，采用相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則所得到的破壞荷載比采用不強(qiáng)度與外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力之比。相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則所得到的破壞荷載大，但如果忽略剪在極限情況下，外荷載所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力與抵御外脹角的影響，即=0，則會(huì)得到較為保守的結(jié)果。巖136低溫建筑技術(shù)2015年第1期(總第199期)土類材料不適應(yīng)相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則，由此得到的應(yīng)力應(yīng)網(wǎng)格劃分分別見(jiàn)圖1和圖2，土體的

8、計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表I。變關(guān)系與土的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有較大偏離，但采用不相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則只能在一定程度上減少剪脹效應(yīng)，且剪脹角值的選取具有很大的隨意性，增大了計(jì)算土性參數(shù)與實(shí)際土性參數(shù)的差距，帶來(lái)了新的計(jì)算誤差。綜合以上考慮，本文選取相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則。圖2有限元模型網(wǎng)格劃分1．4邊坡失穩(wěn)的判據(jù)采用強(qiáng)度折減有限元法分析邊坡穩(wěn)定性的一個(gè)表l土性參