基于强度折减有限元法分析边坡稳定性.pdf

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1、张政杰等：基于强度折减有限元法分析边坡稳定性135DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．01．048基于强度折减有限元法分析边坡稳定性张政杰，王宏权，李幼辉(1．河北工程大学资源学院，河北邯郸056038；2．河海大学土木与交通学院。南京210098)【摘要】将大型有限元软件ABAQUS与强度有限元法相结合，采用特征点位移增量的突变及塑性区的贯通作为边坡失稳破坏准则，对边坡失稳过程进行了数值模拟与分析。当边坡上特征点的位移发生突变和塑性区贯通时，边坡处于临界破坏状态，此时的折减系数即为边坡的最小安

2、全系数。通过算例分析，并与Slope软件计算得到的安全系数进行了对比，验证了该方法的合理性与可行性。同时，利用ABAQUS的后处理功能，对边坡的失稳破坏过程进行了数值模拟，分析了边坡破坏机制和破坏阶段。【关键词】边坡稳定；强度折减法；ABAQUS；安全系数；破坏过程【中图分类号】TU432【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)01—0135—03边坡稳定性分析是边坡工程的核心问题，也一直荷载所发挥的最低抗剪强度即按照实际强度指标折是岩土工程中重要的研究领域，至今已出现数十种分减后所确定、实际中得以发

3、挥的抗剪强度相等。析方法。就目前工程应用而言，主要是极限平衡法和强度折减法的基本原理是岩土体材料的强度参有限元分析法。传统的极限平衡法考虑了土体的强数C、同时除以一个强度折减系数F，得到折减后度特性，但未考虑土体本身的应力应变关系，无法得的强度参数c、IP，其表达式为：到边坡破坏过程中，坡内的应力与应变的空间分布，c=寺一，：arctan()(1)计算过程中，需要事先知道边坡滑动面的位置和形r‘r状，无法搜索出边坡的最危险滑动面以及得到相应的式中，c和是土体所能提供的抗剪强度；c和安全系数，从而使极限平衡法的应用受到一

4、定限制。是土体实际发挥的抗剪强度；F是强度折减系数。整有限元分析边坡稳定性问题，不但可以考虑土体本身个计算过程中通过不断增加，使用折减后的材料参的弹塑性关系，得到各土体单元的位移、应力应变关数进行有限元试算，当计算不收敛或边坡达到临界破系，还可以模拟边坡的破坏过程，得到相应的滑动面。坏时的强度折减系数即为边坡稳定安全系数。此外，有限元分析法可以模拟复杂边界条件，求解安1．2屈服准则的选取全系数时，不需要条分和假定土条为刚体。屈服准则的选取与边坡稳定安全系数大小有密切强度折减有限元法在目前边坡稳定分析中应用关系，不同屈服

5、准则得到的安全系数有一定差异性。本较为广泛，其将强度折减原理与有限元分析方法相结文求解边坡稳定问题时，采用理想弹塑性模型，屈服准合，通过不断调整折减系数的大小，对边坡稳定性进则采用M0llr—Coulomb破坏准则，其表达式为：行分析，求出边坡稳定的最小安全系数。。本文运1一F=÷flsimp—CCOS0+√J2[cos0—用大型有限元分析软件ABAQUS，结合强度折减法对1边坡稳定性进行了分析，并利用ABAQUS强大的后处~√=slonslon]=0(2)理功能，对边坡的失稳破坏过程进行了模拟。3。1强度折减有限元法

6、式中，，。和分别是应力张量第一不变量和应力1．1强度折减法的基本原理偏量第二不变量；c和分别是土的粘聚力和内摩擦强度折减法是1975年Zienkiewicz等在土工弹角；0是应力罗德角。塑性有限元数值分析一文中首次提出，他们提出了一1．3流动法则的选取个抗剪强度折减系数(SSRF：ShearStrengthReduction在有限元计算中，流动法则的选取与剪胀角值Factor)的概念，由此所确定的强度储备安全系数与的选取有关。当=时，即剪胀角等于土的内摩擦Bishop在极限平衡法中所给出的稳定安全系数在概念角时，为相关

7、联流动法则；当≠时，即剪胀角不等是一致的。抗剪强度折减系数的定义为：在外荷载于内摩擦角时，为不相关联流动法则。对于同一类材保持不变的情况下，边坡内土体所能提供的最大抗剪料，采用相关联流动法则所得到的破坏荷载比采用不强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比。相关联流动法则所得到的破坏荷载大，但如果忽略剪在极限情况下，外荷载所产生的实际剪应力与抵御外胀角的影响，即=0，则会得到较为保守的结果。岩136低温建筑技术2015年第1期(总第199期)土类材料不适应相关联流动法则，由此得到的应力应网格划分分别见图1和图2，土体的

8、计算参数见表I。变关系与土的实际应力应变关系有较大偏离，但采用不相关联流动法则只能在一定程度上减少剪胀效应，且剪胀角值的选取具有很大的随意性，增大了计算土性参数与实际土性参数的差距，带来了新的计算误差。综合以上考虑，本文选取相关联流动法则。图2有限元模型网格划分1．4边坡失稳的判据采用强度折减有限元法分析边坡稳定性的一个表l土性参