用有限元强度折减法进行边坡稳定分析(2003315.ppt

用有限元强度折减法进行边坡稳定分析提纲1、前言随着计算机技术的发展，尤其是岩土材料的非线性弹塑性有限元计算技术的发展，有限元强度折减法近来在国内外受到关注，对于均质土坡已经得到了较好的结论，但尚未在工程中实用，本文采用有限元强度折减法，对均质土坡进行了系统分析，证实了其实用于工程的可行性，对节理岩质边坡得到了坡体的危险滑动面和相应的稳定安全系数。该方法可以对贯通和非贯通的节理岩质边坡进行稳定分析，同时可以考虑地下水、施工过程对边坡稳定性的影响，可以考虑各种支挡结构与岩土材料的共同作用，为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的途径。2.有限元强度折减系数法的基本原理3.有限元强度折减系数法精度分析3.1.1屈服准则的影响M-C准则较为可靠，它的缺点在于三维应力空间中的屈服面存在尖顶和棱角的不连续点，导致数值计算不收敛，所以有时也采用抹圆了的M-C修正准则，它是用光滑连续曲线来逼进摩尔-库仑准则，此法虽然方便了数值计算，但往往公式复杂不利用实际应用。而D-P准则在偏平面上是一个圆，更适合数值计算。通常取M-C准则的外角点外接圆、内角点外接圆或其内切圆作为屈服准则，以利数值计算
由徐干成、郑颖人（1990）提出的摩尔-库仑等效面积圆准则实际上是将M-C准则转化成近似等效的D-P准则形式。该准则要求π平面上的摩尔-库仑不等边六角形与相同静水压力条件下D-P圆面积相等。计算表明它与摩尔-库仑准则十分接近。表1各准则参数换算表算例分析表明：摩尔库仑等面积圆准（M-CEAC）则与简化Bishop法所得稳定安全系数最为接近（图1）。对有效算例（Φ≠0）的误差进行统计分析可知，当选用M-CEAC准则时，误差的平均值为5.7%，且离散度很小（图2）。而外角点外接D-P圆准则的平均误差为29.5％，同时采用内角点外接D-P圆准则、内切D-P圆准则准则所得计算结果的离散度非常大，均不可用。因此在数值分析中可用M-CEAC准则代替摩尔－库仑准则。图1Ф～折减系数曲线
Fig.1Ф～Reductioncoefficientcurve图2摩尔库仑等面积圆准准则的计算误差分布
Fig.2TheerrordistributionofcomputationbyM-CEAC3.1.2不同流动法则的影响3.2有限元法引入的误差表3网格疏密对计算结果的影响
3.2.2模型边界范围3.3边坡参数的影响3.3.1坡高H的影响3.3.2坡角β的影响3.3.3粘聚力C的影响3.3.4摩擦角Φ的影响4.均质土坡稳定分析坡角（度）从表中计算结果可以看出，采用外接圆屈服准则计算的安全系数比传统的方法大许多，而采用莫尔-库仑等面积圆屈服准则计算的结果与传统极限平衡方法（Spencer法)计算的结果十分接近，说明采用莫尔-库仑等面积圆屈服准则来代替莫尔-库仑不等角六边形屈服准则是可行的。
通过4组计算方案（改变内摩擦角、内聚力、坡角β、坡高H的值）共计106个算例的比较分析表明，用莫尔-库仑等面积圆屈服准则求得的安全系数与Bishop法的误差为4%-8%，与Spencer法的误差为0.5%--4%，说明了有限元强度折减法完全可以实用于土坡工程。
5.岩质边坡稳定分析5.1有限元模型极其安全系数的求解有限元模型以及变形后产生的塑性区（2）硬性结构面。
无充填的硬性结构面，不能按照传统连续介质原理进行处理，本文采用美国ANSYS程序提供的无厚度接触单元来模拟硬性结构面的不连续性。接触面的接触摩擦行为服从库仑定律:
5.2折线型滑动面边坡稳定分析算
5.3具有一组平行节理面的岩质边坡算例表5.3.1计算采用物理力学参数5.4具有两组平行节理面的岩质边坡算例材料
名称
通过有限元强度折减，求得的滑动面如图6-(a)所示,它是最先贯通的塑性区。塑性区贯通并不等于破坏，当塑性区贯通后塑性发展到一定程度，岩体发生整体破坏，同时出现第二、三条贯通的塑性区，如图6-(b)，程序还可以动画模拟边坡失去稳定的过程，从动画演示过程可以看出边坡的破坏过程也整体破坏的过程。5.5带软弱夹层的土坡稳定分析算例计算方法用有限元强度折减法求得的滑动面5.6福宁高速公路A15-2标段二埔塘2号深路堑高边坡算例福鼎至宁德高速公路A15-2标段K102+720--K102+900右侧路堑高边坡位于霞浦县盐田乡二铺村西侧，边坡设计最高为50m，长180m，工点附近属丘陵剥蚀地貌，地形陡峭，路堑穿过的山体平均坡度大于25度。该路堑的施工是先清除表层植被，设置坡顶截水沟后从上向下逐级开挖，当挖到第二级边坡后（标高约103m，路基设计标高85m），2000年10月12日坡顶开始出现裂缝；10月15日，k102+740--k102+770段第五级边坡跨塌，此后坡顶裂缝发展较快，裂缝达到10--50cm。自出现裂缝后便停止施工，进行了详细的地质