abaqus在巖土工程中的應(yīng)用邊坡穩(wěn)定分析

1、高等土力學(xué)邊坡穩(wěn)定分析 專業(yè)：巖土工程 姓名：xxx 指導(dǎo)老師：xxx 學(xué)號(hào)：xxx1.前言 邊坡穩(wěn)定分析是邊坡設(shè)計(jì)的前提，它決定著邊坡是否失穩(wěn)以及邊坡失穩(wěn)時(shí)存在多大推力，以便為支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。然而這個(gè)問題至今仍未得到妥善解決，因?yàn)榻鉀Q這一問題必須先要查清坡體的地質(zhì)狀況及其強(qiáng)度參數(shù)，同時(shí)又要有科學(xué)合 理的分析方法1。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，可以通過各種優(yōu)化方法來搜索危險(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(xiǎn)滑動(dòng)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(jì)算機(jī)和計(jì)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(jì) 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(qiáng)有力的計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元強(qiáng)度折減法近 來在國(guó)內(nèi)外受到關(guān)注212，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

3、進(jìn)行了系統(tǒng)分析，證實(shí)了其實(shí)用于工程的可行性，得到了節(jié)理巖質(zhì)邊坡坡體的危險(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，為邊坡穩(wěn)定分析開辟了新的途徑。2.有限元強(qiáng)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(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析，但是由于受計(jì)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(jì)算機(jī)軟件和硬件的發(fā)展又有了新的發(fā)展。3.有限元強(qiáng)度折減法判斷依據(jù) 有限元強(qiáng)

4、度折減法分析邊坡穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何根據(jù)有限元計(jì)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(jì)算過程中采用力和位移的不收 斂作為邊坡失穩(wěn)的標(biāo)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(biāo)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(gè)分析步的0.23526時(shí)無法收斂，計(jì)算終止。 圖 2 FV1隨U1的變化關(guān)系強(qiáng)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(shí)土坡失穩(wěn)破壞。 我們由圖可以看出，以數(shù)值計(jì)算不收斂作為土坡穩(wěn)定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(diǎn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。觀

6、察塑性區(qū)的發(fā)展，下圖繪制出了時(shí)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(jí)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(dòng)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(dòng)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(yùn)行計(jì)算界面與結(jié)果輸出界面 由圖可以看出理正巖土計(jì)算的的安全系數(shù)為0.86，與有限元強(qiáng)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(jì)算結(jié)果的有效性。5.結(jié)論 有限元強(qiáng)度折減法不需要對(duì)滑動(dòng)面的形狀和位置進(jìn)行假定，通過強(qiáng)度折減達(dá)到邊坡的不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，非線性有限元計(jì)算不收