資源描述：
《巖土——用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、用有限元強(qiáng)度折減法 進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院院士博士生導(dǎo)師鄭穎人提綱1.前言3.有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法精度分析4.均質(zhì)土坡穩(wěn)定分析5.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析2.有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法的基本原理6.結(jié)論1、前言邊坡穩(wěn)定分析是經(jīng)典土力學(xué)最早試圖解決而至今仍未圓滿(mǎn)解決的課題，各種穩(wěn)定分析方法在國(guó)內(nèi)外水平大致相當(dāng)。對(duì)于均質(zhì)土坡，傳統(tǒng)方法主要有：極限平衡法，極限分析法，滑移線場(chǎng)法等，就目前工程應(yīng)用而言，主要還是極限平衡法，但需要事先知道滑動(dòng)面位置和形狀。對(duì)于均質(zhì)土坡，可以通過(guò)各種優(yōu)化方法來(lái)搜索危險(xiǎn)滑動(dòng)面，但是對(duì)于巖質(zhì)邊坡，由于實(shí)際巖體中含有大量不同
2、構(gòu)造、產(chǎn)狀和特性的不連續(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），這就給巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析帶來(lái)了巨大的困難，傳統(tǒng)極限平衡方法尚不能搜索出危險(xiǎn)滑動(dòng)面以及相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)，而目前的各種數(shù)值分析方法，一般只是得出邊坡應(yīng)力、位移、塑性區(qū)，而無(wú)法得到邊坡危險(xiǎn)滑動(dòng)面以及相應(yīng)的安全系數(shù)。隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算技術(shù)的發(fā)展，有限元強(qiáng)度折減法近來(lái)在國(guó)內(nèi)外受到關(guān)注，對(duì)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(shí)用，本文采用有限元強(qiáng)度折減法，對(duì)均質(zhì)土坡進(jìn)行了系統(tǒng)分析，證實(shí)了其實(shí)用于工程的可行性，對(duì)節(jié)理巖質(zhì)邊
3、坡得到了坡體的危險(xiǎn)滑動(dòng)面和相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)。該方法可以對(duì)貫通和非貫通的節(jié)理巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，同時(shí)可以考慮地下水、施工過(guò)程對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，可以考慮各種支擋結(jié)構(gòu)與巖土材料的共同作用，為節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析開(kāi)辟了新的途徑。2.有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法的基本原理進(jìn)行強(qiáng)度折減非線性有限元分析要有一個(gè)過(guò)硬的非線性有限元程序和收斂性能良好的本夠模型。因?yàn)槭諗渴】赡鼙砻鬟吰乱呀?jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也可能僅僅是有限元模型中某些數(shù)值問(wèn)題造成計(jì)算不收斂。3.有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法精度分析3.1巖土本構(gòu)關(guān)系的影響3.1.1屈服準(zhǔn)則的影響3.1.2流動(dòng)法則的影響3.2有
4、限元法引入的誤差3.3邊坡參數(shù)的影響3.1.1屈服準(zhǔn)則的影響用折減系數(shù)法求解實(shí)際邊坡穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，通常將土體假設(shè)成理想彈塑性體，其中屈服準(zhǔn)則常選用摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則（M-C）、德魯克普拉格準(zhǔn)則（D-P）以及摩爾-庫(kù)侖等面積圓準(zhǔn)則。M-C準(zhǔn)則較為可靠，它的缺點(diǎn)在于三維應(yīng)力空間中的屈服面存在尖頂和棱角的不連續(xù)點(diǎn)，導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算不收斂，所以有時(shí)也采用抹圓了的M-C修正準(zhǔn)則，它是用光滑連續(xù)曲線來(lái)逼進(jìn)摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則，此法雖然方便了數(shù)值計(jì)算，但往往公式復(fù)雜不利用實(shí)際應(yīng)用。而D-P準(zhǔn)則在偏平面上是一個(gè)圓，更適合數(shù)值計(jì)算。通常取M-C準(zhǔn)則的外角點(diǎn)外接圓、內(nèi)角點(diǎn)外接圓或其
5、內(nèi)切圓作為屈服準(zhǔn)則，以利數(shù)值計(jì)算由徐干成、鄭穎人（1990）提出的摩爾-庫(kù)侖等效面積圓準(zhǔn)則實(shí)際上是將M-C準(zhǔn)則轉(zhuǎn)化成近似等效的D-P準(zhǔn)則形式。該準(zhǔn)則要求π平面上的摩爾-庫(kù)侖不等邊六角形與相同靜水壓力條件下D-P圓面積相等。計(jì)算表明它與摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則十分接近。表1各準(zhǔn)則參數(shù)換算表編號(hào)準(zhǔn)則種類(lèi)DP1外角點(diǎn)外接D-P圓DP2內(nèi)角點(diǎn)外接D-P圓DP3內(nèi)切D-P圓DP4等面積D-P圓算例分析表明：摩爾庫(kù)侖等面積圓準(zhǔn)（M-CEAC）則與簡(jiǎn)化Bishop法所得穩(wěn)定安全系數(shù)最為接近（圖1）。對(duì)有效算例（Φ≠0）的誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，當(dāng)選用M-CEAC準(zhǔn)則時(shí)，誤
6、差的平均值為5.7%，且離散度很?。▓D2）。而外角點(diǎn)外接D-P圓準(zhǔn)則的平均誤差為29.5％，同時(shí)采用內(nèi)角點(diǎn)外接D-P圓準(zhǔn)則、內(nèi)切D-P圓準(zhǔn)則準(zhǔn)則所得計(jì)算結(jié)果的離散度非常大，均不可用。因此在數(shù)值分析中可用M-CEAC準(zhǔn)則代替摩爾－庫(kù)侖準(zhǔn)則。圖1Ф～折減系數(shù)曲線Fig.1Ф～Reductioncoefficientcurve圖2摩爾庫(kù)侖等面積圓準(zhǔn)準(zhǔn)則的計(jì)算誤差分布Fig.2TheerrordistributionofcomputationbyM-CEAC3.1.2不同流動(dòng)法則的影響有限元計(jì)算中，采用關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則，取決于ψ值（剪脹角）：ψ=φ
7、，為關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則,ψ=0，為非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則.表2不同流動(dòng)法則的影響β=45°，C=40KPa，H＝20m，DP4準(zhǔn)則材料參數(shù)φ=10°φ=17°φ=25°非關(guān)聯(lián)0.8711.1051.363關(guān)聯(lián)0.8871.1371.425相對(duì)誤差0.0180.0290.0453.2有限元法引入的誤差3.2.1網(wǎng)格的疏密有限元單元網(wǎng)格劃分表3網(wǎng)格疏密對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響H=20mβ=45°φ=17°c=10000Pa節(jié)點(diǎn)數(shù)57711112250DP40.6610.6180.593簡(jiǎn)化Bishop法0.5830.5830.583(DP4-Bishop)/Bishop0
8、.1340.0600.0173.2.2模型邊界范圍表4邊界條件對(duì)折減系數(shù)的影相對(duì)邊距比00.51.01.52.02.53.0L/H1.1
