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边坡稳定性的有限元分析程序的开发

发布于:2016-04-05 18:50
有限元分析

      在影响边坡稳定性的各种因素中,地下水的作用不容忽视。根据我国和其他国家的调查资料表明,由于渗流冲刷破坏失事的土石坝高达40%,与渗流密切相关的滑坡破坏也占10%左右。水的渗入使岩土体的质量增大,进而使滑动面的滑动力增大,同时,在水的作用下岩土体被软化而抗剪强度降低,另外,地下水的渗流对岩土体产生动水压力和静水压力,这些都对边坡的稳定性产生不利影响。在孔隙水压力的作用下,首先是减少了岩土体的有效应力,从而降低了岩土体的剪切强度,另外,岩土体中渗流与应力之间的相互作用强烈,对边坡稳定性具有重要的影响,除了一般能够考虑两场的数值方法以外,因为能够给出边坡的稳定性安全系数而被特别重视。
      由于在自然边坡中渗流场分布极为复杂,很难用于计算,所以传统条分法分析边坡稳定时对渗流的影响考虑很粗糙,而有限元分析法可法计算饱和非饱和渗流场,将计算出的应力应用到极限平衡法中分析边坡稳定的方法,是当前国内先进的方法。在这方面,河海大学、南京水利科学研究院等单位都做出了贡献,并且广泛应用于土坡、岩石边坡、土坝、矿坑、贮灰坝和尾矿坝等考虑渗流的稳定性安全系数分析。现在在采用的商用AppShde也是按照以上方法研制并成功地应用于工程中。该法不能应用于三维边坡分析是传统极限平衡法的致命弱点。为此岩土界研究和开发能够应用于三维边坡分析的新方法—强度折减有限元法。考虑渗流的三维强度折减有限元法在国内还只是处于研究阶段,还没见文字报道。本研究主要探索考虑渗流场和应力场藕合的三维强度折减有限元技术,并研制成功一个考虑渗流场和应力场耦合的三维强度折减有限元程序,以期能更好地解决考虑渗流的边坡工程稳定性评估问题。
      假定岩土体在孔隙流体作用下遵循太沙基有效应力原理,在弹塑性有限元数值分析中,折减系数Fs的初始值取得足够小,以保证开始时是一个近乎弹性的问题。然后不断增加F的值,折减后的抗剪强度指标逐步减小,反复对边坡进行分析,首先部分单元开始屈服,应力在单元之间重新分配,局部失稳逐渐发展,直到某一个临界状态,在虚拟的折减抗剪强度下整个边坡发生失稳。那么在发生整体失稳之前的那个折减系数值,即实际抗剪强度指标与发生虚拟破坏时折减强度指标的比值,就是这个边坡的稳定安全系数。这种稳定分析方法称为抗剪强度折减有限元法。使用抗剪强度折减有限元法不仅可以直接得出边坡的稳定安全系数,不需要事先假设滑裂面的形式和位置,还可以得到边坡内各单元的应力和变形情况,给出破坏区域,从而大致给出破坏面的位置。这里定义的抗剪强度折减系数,与极限平衡分析中所定义的边坡稳定安全系数在本质上是一致的。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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