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文檔簡介
1、高等土力學邊坡穩(wěn)定分析 專業(yè):巖土工程 姓名:xxx 指導老師:xxx 學號:xxx1.前言 邊坡穩(wěn)定分析是邊坡設(shè)計的前提,它決定著邊坡是否失穩(wěn)以及邊坡失穩(wěn)時存在多大推力,以便為支護結(jié)構(gòu)設(shè)計提供科學依據(jù)。然而這個問題至今仍未得到妥善解決,因為解決這一問題必須先要查清坡體的地質(zhì)狀況及其強度參數(shù),同時又要有科學合 理的分析方法1。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,滑移線場法等,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)狀和特性的不連續(xù)結(jié)構(gòu)面,傳統(tǒng)
2、極限平衡方法尚不能搜索出危險滑動面以及相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)。邊坡穩(wěn)定分析涉及復(fù)雜的地質(zhì)地形邊界條件、材料的應(yīng)力-應(yīng)變的非線性行為、初始地應(yīng)力、水壓力、地震荷載的耦合分析等等,多數(shù)情況下不能獲得解析解。在計算機和計算方法不斷發(fā)展的背景下,以有限元為代表的數(shù)值分析方法在 20 世紀 70年代已逐步在巖土工程中推廣應(yīng)用,并發(fā)展成為一種強有力的計算分析工具。然而傳統(tǒng)的數(shù)值分析方法一般只是得出邊坡應(yīng)力、位移、塑性區(qū)等,不能直接與邊坡穩(wěn)定建立定量關(guān)系。隨著計算機技術(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212,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,本文采用有限元強度折減法,對均質(zhì)土坡
3、進行了系統(tǒng)分析,證實了其實用于工程的可行性,得到了節(jié)理巖質(zhì)邊坡坡體的危險滑動面和相應(yīng)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、施工過程對邊坡穩(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,為邊坡穩(wěn)定分析開辟了新的途徑。2.有限元強度折減法原理 c = c / w , tanj = tanj / w 這種方法早在 70 年代就提出來了。1975 年Zienkiewize 就利用有限元進行邊坡穩(wěn)定分析,但是由于受計算條件的限制,此法一直沒有流行起來。近年來,這種方法隨著計算機軟件和硬件的發(fā)展又有了新的發(fā)展。3.有限元強度折減法判斷依據(jù) 有限元強
4、度折減法分析邊坡穩(wěn)定性的一個關(guān)鍵問題是如何根據(jù)有限元計算結(jié)果來判別邊坡是否處于破壞狀態(tài)。目前的失穩(wěn)判據(jù)主要有兩類:(1)在有限元計算過程中采用力和位移的不收 斂作為邊坡失穩(wěn)的標志。(2)以廣義塑性應(yīng)變或者等效塑性應(yīng)變從坡腳 到坡頂貫通作為邊坡破壞的標志。以上兩種判據(jù)得到的安全系數(shù)相差不大。4.案例分析4.1.工程概況 有一高H=13m,坡腳為45度的均質(zhì)邊坡,土體容重20KN/m3,粘聚力c=12.38Kpa,摩擦角20度。按平衡極限分析法,求土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。4.2模型的建立與求解4.2.1建立部件在Part模塊中建立,如下所示的部件下所示的4.2.2設(shè)置材料及截面特性。4.2.3裝配部件
5、4.2.4定義分析步在step模塊中建立load、reduce分析步4.2.5定義載荷、邊界條件。在Load模塊中,定義載荷和邊界條件,如下所示4.2.6劃分網(wǎng)格,在mesh模塊中劃分網(wǎng)格,如下所示圖 1 網(wǎng)格圖4.2.7修改模型文件4.2.8提交作業(yè)4.3結(jié)果分析本算例在第二個分析步的0.23526時無法收斂,計算終止。 圖 2 FV1隨U1的變化關(guān)系強度折減到某一程度后,土體就已經(jīng)失穩(wěn),既就是在t=0.23526時土坡失穩(wěn)破壞。 我們由圖可以看出,以數(shù)值計算不收斂作為土坡穩(wěn)定的評價標準對應(yīng)的FV1=0.86,既就是安全系數(shù)為0.86。由于該圖沒有明顯的該店所以不能以位移拐點作為評價標準。觀
6、察塑性區(qū)的發(fā)展,下圖繪制出了時刻塑性區(qū),我們可以看出在一開始土坡坡腳先出現(xiàn)屈服,然后向上延伸,直到二級坡的塑性區(qū)貫通。圖 3 t=0.125的塑性區(qū)圖 4 t=0.2328的塑性區(qū) 從圖可以發(fā)現(xiàn)滑動面的大致位置,與平衡極限法分析得到的一樣,大致呈圓弧狀,通過坡腳。圖 5 用增量位移判斷滑動面4.4理正巖土復(fù)核圖 6 參數(shù)界面圖 7 參數(shù)界面圖 8 參數(shù)界面圖 9 運行計算界面與結(jié)果輸出界面 由圖可以看出理正巖土計算的的安全系數(shù)為0.86,與有限元強度折減法求得的安全系數(shù)0.84基本接近,這就說明有限元計算結(jié)果的有效性。5.結(jié)論 有限元強度折減法不需要對滑動面的形狀和位置進行假定,通過強度折減達到邊坡的不穩(wěn)定狀態(tài)時,非線性有限元計算不收
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