资源描述：
《有限元强度折减法在土石坝边坡稳定分析中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、有限元强度折减法在土石坝边坡稳定分析中的应用第24卷第4期2006年8月文章编号:1000??7709(2006)04??0054??04水??电??能??源??科??学WaterResourcesandPowerVol.24No.4Aug.2006吴海真1,2??顾冲时1(1.河海大学水利水电工程学院,江苏南京210098;2.江西省水利科学研究院,江西南昌330029)摘要:在指出传统边坡稳定分析方法的缺点和不足的同时,重点研究了有限元强度折减法的理论背景、突出优势、计算结果的影响因素、边坡失稳判据方法,探讨了该方法应用于土石坝
2、边坡稳定分析中的可行性。采用摩尔-库仑屈服准则、非关联流动法则,在已知渗流场的前提下,基于有效应力原理逐步进行强度折减,直至满足力和位移不收敛的失稳判据,从而得到相应强度折减法的土石坝坝坡稳定安全系数。结果表明,无论是关键滑裂面位置还是最小安全系数,有限元强度折减法的计算结果与刚体极限平衡法的计算结果都相当接近,从而表明此法在土石坝边坡稳定分析中的可行性,拓宽了该法的应用范围。关键词:土石坝;边坡稳定;有限元;强度折减法中图分类号:TV641;O241.82文献标志码:A????目前,对边坡稳定性分析评价多采用传统的刚体极限平衡法,
3、其中土坡稳定分析计算又以条分法应用最为广泛。这些经典极限分析方法概念———————————————————————————————————————————————清晰、使用时间长、积累经验丰富,但在理论上存在诸多不足:??未考虑岩土体内部的应力应变关系,无法分析边坡破坏的发生和发展过程,边坡失稳与变形无确定性联系;未考虑岩土体与支挡结构的共同作用及其变形协调;!假定的条件较多,如土条条分假设、条间力及滑裂面假定等。工程实践表明,边坡失稳总是与边坡的变形破坏存在一定的联系,随着计算机软硬件及非线性弹塑性有限元计算技术的发展,采用理论体
4、系更为严密的有限元法分析边坡的稳定性已经成为可能。有限元法如果能保证足够的计算精度,就能有效地克服刚体极限平衡法的许多不足,其主要优点有:??能对复杂地形地貌和地质条件的边坡进行模拟计算;能考虑岩土体的非线性本构关系以及变形对应力的影响;!能模拟边坡的渐进破坏及其滑裂面形状;?能模拟岩土体与支护的共同作用;#求解安全系数时,不需假定滑裂面的形状,自动形成破坏面,也无需进行条分。鉴此,本文就近年来发展的有限元强度折减法在土石坝边坡稳定分析中的应用作一探讨。收稿日期:2006??06??28基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(501
5、39030);国家973———————————————————————————————————————————————计划课题资助项目(2002CB412707)作者简介:吴海真(1977??),男,博士研究生,研究方向为大坝安全监控及岩土工程,E??mail:Wuhaizhen_77@163.com1??强度折减法的理论背景上世纪70年代,英国科学家Zienkiewicz提出采用增加外荷载或降低岩土材料强度的方法计算岩土工程的安全系数,这是较早的极限分析有限单元法,但由于计算力学尚处起步阶段和缺乏相应的失稳判据等原因,长期以来并没
6、有得到岩土界的广泛认可。近年来,采用强度折减法计算边坡的稳定性得到了重视,主要原因有:??计算力学的飞速发展;有限元强度折减法能充分利用有限元法的突出优势,并有效克服传统极限平衡法的不足;!计算结果合理可信。边坡稳定性分析有限元强度折减法的基本思想是:在理想弹塑性有限元计算中将边坡岩土体抗剪切强度参数逐渐降低直到达到破坏状态为止,程序可自动根据弹塑性计算结果得到破坏滑动面(塑性应变和位移突变地带),此时的折减系数F就是边坡的安全系数。于是有:????-1c?e=?e=tanFF折减后的内摩擦角;???为有效内摩擦角。传统的边坡稳定极
7、限平衡法采用莫尔%库仑(1)式中,c?e为折减后的粘聚力;c?为有效粘聚力;???e为与滑动面上实际剪应力的比值。可以证明,有限元强度折减法在本质上与传统方法是一致的。根据有限元强度折减法的基本思想,为使强度折减法边坡稳定计算顺利进行必须明确两点:??塑性增量本构由屈服函数、流动法则和硬化规律三个基本部分组成。计算塑性应变增量,首先需确定———————————————————————————————————————————————材料的屈服条件并选取材料所服从的流动法则(关联流动还是非关联流动),以确定塑性势函数,然后再确定材料的硬
8、化规律。对于理想弹塑性材料其硬化参数为零(本文以理想弹塑性材料为研究对象)。边坡失稳判据,即以何种标准作为边坡已经失稳或程序停止迭代的依据。动法则;当!&0时,为非关联流动法则;当!=0时,正好与郑颖人[2]提出的广义塑性力学
