工程計算實踐

巖土工程數(shù)值計算邊坡穩(wěn)定性分析2015年6月29日邊坡穩(wěn)定性分析的兩類方法010203強度折減法算例分析邊坡穩(wěn)定性分析的兩類方法目前邊坡穩(wěn)定性的分析方法主要可以分為兩大類，即極限平衡法和有限元分析方法。在極限平衡分析方法中，以安全系數(shù)來評價邊坡的穩(wěn)定性，其原理簡單，物理意義明確，是最重要、最常用和最直觀的穩(wěn)定性評價指標。而在以往的有限元分析中，是沒有辦法直接評價邊坡穩(wěn)定性的，通常都是根據(jù)邊坡的位移場、應(yīng)力場、塑性區(qū)等來間接地評價，或者根據(jù)有限元計算出應(yīng)力分布之后再利用極限平衡分析方法計算出一個安全系數(shù)指標，其計算結(jié)果往往難以解釋，也很難被工程技術(shù)人員所接受。強度折減法的出現(xiàn)改變了這一格局，它直接通過有限元分析獲得一個安全系數(shù)，不僅保持了有限元在模擬復(fù)雜問題上的優(yōu)點，而且概念明確，結(jié)果直觀，在工程中得到了越來越多的的應(yīng)用。強度折減法的基本原理強度折減法最早由Zienkiewicz等提出，其定義為在外荷載保持不變的情況下，邊坡內(nèi)土體所能提供的最大抗剪強度與外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的實際剪應(yīng)力之比。在極限狀況下，外荷載所產(chǎn)生的實際剪應(yīng)力與抵御外荷載所發(fā)揮的最低抗剪強度即按實際強度指標折減后所確定的、實際中得以發(fā)揮的抗剪強度相等。當假定邊坡內(nèi)所有土體抗剪強度的發(fā)揮程度相同時，這種抗剪強度折減系數(shù)相當于傳統(tǒng)意義上的邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)。折減后的抗剪強度參數(shù)可分別表達為：式中，和是土體所能夠提供的抗剪強度：和是維持平衡所需要的或土體實際發(fā)揮的抗剪強度；是強度折減系數(shù)。強度折減法在ABAQUS中的實現(xiàn)粘聚力和內(nèi)摩擦角材料參數(shù)輸入面板中打開與溫度相關(guān)的控制開關(guān)。分別輸入“粘聚力-溫度”，“內(nèi)摩擦角-溫度”數(shù)據(jù)表格，為方便后期確定強度折減系數(shù)，可以將溫度設(shè)置與強度折減系數(shù)相等。值得說明的是，根據(jù)強度折減系數(shù)法的定義，粘聚力和內(nèi)摩擦角與強度折減系數(shù)并非線性相關(guān)，故應(yīng)采用分段線性擬合的方式輸入。根據(jù)第⑵步中溫度參數(shù)設(shè)定，給定模型初始溫度和最終溫度值。邊坡破壞判斷標準在使用有限元法分析邊坡穩(wěn)定性時，通常根據(jù)有限元程序計算是否收斂來判斷邊坡是否發(fā)生破壞，當在指定的收斂準則和迭代次數(shù)下，通過計算無法得到同時能夠滿足莫爾-庫倫準則和整體平衡的應(yīng)力分布時，數(shù)值計算不收斂，邊坡同時達到破壞，一般來講，邊坡發(fā)生破壞后的最大節(jié)點位移較破壞前有很大的跳躍。由此可見，計算不收斂是判斷邊坡發(fā)生破壞的重要標準，土坡穩(wěn)定性分析算例土質(zhì)邊坡如圖所示，土質(zhì)邊坡坡高20m，土坡有均質(zhì)材料組成。重度=20，彈性模量=100，泊松比=0.3，粘聚力=20，內(nèi)摩擦=20。在ABAQUS中強度折減法計算的結(jié)果極限平衡法中簡化Bishop法的計算結(jié)果總的下滑力=2250.775kN總的抗滑力=3079.293kN土體部分下滑力=2250.775kN土體部分抗滑力=3079.293kN滑動安全系數(shù)=1.368結(jié)論荷載步時間為0.386時計算不收斂，strengthreduction荷載步的總時間為1.0。也就是說溫度從初始的1.0升至1.386時，計算不收斂，表明安全系數(shù)為1.