有限元強(qiáng)度折減法在高路塹邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用.pdf

1、我國是滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家，對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，搜索出潛在危險(xiǎn)滑動(dòng)面是治理邊坡的前提和必要程序。本論文廣泛收資料，總結(jié)了邊坡穩(wěn)定性分析的分析方法及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了邊坡的破壞模式及其穩(wěn)定性影響因素。詳細(xì)論述了極限平衡分析法和應(yīng)力應(yīng)交分析法包含的分析方法的適用范圍及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。介紹了有限元強(qiáng)度折減法的基本原理及邊坡安全系數(shù)的定義。在邊坡穩(wěn)定性分析中，與傳統(tǒng)的極限平衡法、極限分析法等方法相比，有限元強(qiáng)度折減有限元法具有明

2、顯的優(yōu)勢，這主要體現(xiàn)在其無須事先假定滑動(dòng)面的形狀和位置，只需通過不斷降低邊坡巖土體強(qiáng)度參數(shù)，進(jìn)而使邊坡巖土體因抗剪強(qiáng)度不能抵抗剪切應(yīng)力而發(fā)生破壞，并最終得到邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及相應(yīng)的安全系數(shù)，而且有限元強(qiáng)度折減法確定的最危險(xiǎn)滑移面往往不是一條可以用簡單函數(shù)描述的曲線，而是一條具有一定寬度的滑移帶，這與實(shí)際情況吻合?；诖耍疚某晒Φ膶⒂邢拊獜?qiáng)度折減法應(yīng)用于一高路塹土坡的工程實(shí)例，采用大型有限元軟件對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析。
　　 本文

3、選取理想彈塑性本構(gòu)模型作為均質(zhì)土坡的本構(gòu)模型，采用平面應(yīng)變條件下和非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則(ψ=0)下的摩爾匹配D-P準(zhǔn)則(DP1)作為均質(zhì)土坡的屈服準(zhǔn)則。在土體屈服準(zhǔn)則的選用上，本文首先系統(tǒng)地分析與總結(jié)了目前各種常用屈服準(zhǔn)則的特性，并系統(tǒng)歸納了各D-P屈服準(zhǔn)則的推導(dǎo)過程，闡述了各種D-P屈服準(zhǔn)則之間的關(guān)系及其物理意義，根據(jù)各D-P屈服準(zhǔn)則在π平面上投影圓的半徑表達(dá)式，應(yīng)用了各D-P屈服準(zhǔn)則相互轉(zhuǎn)化的新的關(guān)系：不同的D-P屈服準(zhǔn)則在π平面上投影圓

4、的半徑之比即為對應(yīng)的D-P屈服準(zhǔn)則所得安全系數(shù)的比值，便于應(yīng)用ANSYS程序采用不同D-P屈服準(zhǔn)則求解邊坡安全系數(shù)時(shí)應(yīng)用，最后結(jié)合工程實(shí)例簡化模型驗(yàn)證了上述結(jié)論。
　　 本文通過對邊坡土體參數(shù)對邊坡穩(wěn)定性影響的分析，得出不同計(jì)算參數(shù)對邊坡穩(wěn)定性計(jì)算精度的影響：強(qiáng)度參數(shù)粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ對邊坡的影響較大；剛度參數(shù)E和v對邊坡安全系數(shù)的影響較小，其影響甚至可以忽略不計(jì)，其中泊松比主要影響塑性應(yīng)變區(qū)域的大小。條件是土體彈性模量取值不

5、能過小，若很小，很有可能導(dǎo)致部分土體變形過大而使有限元計(jì)算不收斂，最終對安全系數(shù)產(chǎn)生很大影響。工程經(jīng)驗(yàn)表明若沒有實(shí)際的測量數(shù)值，彈性模量E不宜小于1MPa。
　　 闡述了有限元強(qiáng)度折減法基本原理及解題過程。借助大型有限元軟件ANSYS對一實(shí)體邊破分析，隨著折減系數(shù)的增加，塑性應(yīng)變區(qū)域逐漸由坡腳向坡項(xiàng)擴(kuò)散直至貫通，邊坡土體內(nèi)部X方向和Y方向的位移逐漸擴(kuò)大，X方向的應(yīng)力逐漸增大，Y方向的應(yīng)力逐漸減少。方法簡單，過程直觀，且分析結(jié)果較