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边坡稳定的非线性有限元分析

发布于:2016-06-04 18:07
有限元分析

      边坡稳定性分析是岩土工程中一个十分重要的问题。常用的边坡稳定性分析方法很多,如各种极限平衡条分法、极限分析法、有限元法等,其中有限元法由于能反映边坡岩土体的应力-应变关系,考虑实际边坡体的复杂边界条件和采用一般土的材料模型,因而是一种较好的研究边坡稳定性的方法。边坡稳定的有限元分析主要分为以下两种方法:一是基于滑面应力分析的方法,这种方法先是根据有限元应力计算的结果求解假想滑面上的安全系数,再求解所有可能滑面中安全系数的最小值,类似于条分法;二是基于强度折减的方法,它不需事先假定滑动面的形状就可直接求得边坡的安全系数,并可由变形图表示出滑面的大致位置,而且它能利用现有大型有限元分析App、无需重新编程,近年来这种方法受到了广泛的重视。
      无论是基于滑面应力的分析方法,还是基于强度折减的分析方法,边坡稳定的非线性有限元分析大多数是假设边坡在荷载作用下发生的应变是微小的,即只研究了材料非线性问题,实际上边坡的破坏往往伴随着大变形条件。研究表明,当平均应变为10%时,剪切带内的应变可高达40%,因此,应当进行边坡稳定的大变形几何非线性有限元分析。另一方面,目前边坡稳定的有限元分析仍多为二维分析,而真实的边坡破坏多为三维破坏,因此应当进行边坡的三维有限元分析。
      描述岩土体的本构模型很多。在边坡的稳定性分析过程中,由于理想弹塑性模型计算所得的边坡安全系数与传统的极限平衡法的计算结果具有可比性,因而边坡稳定的非线性有限元法一般都使用理想弹塑性模型,其增量形式为式中: F和Q分别为材料的屈服函数和塑性势函数,一般假定塑性势函数与屈服函数有类似的形式,只是参数取值有所不同。本研究采用莫尔-库仑理想弹塑性模型进行分析。
      基于强度衰减的有限元法(strength reduction method,简称SRM)在20世纪90年代产生,其基本原理是将边坡强度参数c、ϕ(凝聚力、内摩擦角),同时除以一个折减系数sF,得到一组新的强度参数值c′、ϕ′;然后以这组新的值作为输入参数进行有限元计算;当计算至边坡达到极限状态时,对应的衰减系数就是边坡的最小安全系数值。


                                                                                  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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