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《强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第23卷第3期防灾减灾工程学报Vol.23No.32003年9月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringSep.2003强度折减有限元法中边坡失稳的X塑性区判据及其应用1,21,21,2栾茂田,武亚军,年廷凯(1.大连理工大学土木水利学院岩土工程研究所,辽宁大连116024;2.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024)摘要:将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指
2、标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。关键词:强度折减法;弹塑性有限元分析;边坡稳定;安全系数中图分类号:TU452文献标识码:A 文章编号:167222132(2003)0320001208[6～13]有限元分析方法,它是将强度折减技术与弹塑0 引言性有限元方法相结合,首先通过针对某一强度折减系数下进行边坡的弹塑性有限元分析,得到
3、边坡内目前在分析边坡稳定性时,常采用极限平衡条的应力场、应变场、位移场,然后再根据位移、广义剪分法和弹塑性有限元数值分析两种方法。其中基于应变等描述变形程度的某种物理量作为评判指标,塑性极限平衡原理的极限平衡条分法主要包括两个定量地描绘边坡的潜在塑性破坏区域及其程度与发基本问题:(1)对于某一给定的潜在破坏面(如平展趋势,据此基于一定的经验评判准则确定边坡的面、折线形、圆弧滑动面、对数螺线柱面),基于力学极限平衡状态,并将由此所确定的相应强度折减系分析和物理上合理性要求建立稳定安全系数的算数作为边坡的稳定安全系数。式,对于条间相互作用力采用不同的模式或假定及目前在失稳评判中通常采
4、用某个部位的位移约束条件,建立了简化极限平衡法和严密极限平衡(文献[6,7])、有限元迭代求解过程的不收敛(文献[1～4]法等各种具体方法,各种方法的计算精度取决[8,9])和广义剪应变(文献[12,13])作为评判指标。于所采用假定的合理性。(2)对于所有可能的滑动失稳时边坡内部土体塑性应变、应力水平等某些物面,确定最临界的破坏机构及其相应的安全系数(文理量的变化和分布具有某些特殊的特征,这种特征献[4])。这类方法仅考虑了土的强度特性,不能考将不依赖于所采用的数值计算手段,因此作者认为虑土的实际应力—应变关系,从而也无法得到边坡以往所采用的限定收敛迭代最大次数的判定方法是内的
5、应力与变形的空间分布及其在加载历史中的发不合适的,以节点不平衡力与外荷载的比值大于-3展过程。10而导致数值计算不收敛作为边坡失稳破坏依据弹塑性有限元数值分析方法通常也分为两种,也具有一定的人为任意性。连镇营(文献[13])等基其一是单纯的弹塑性分析方法,它是基于弹塑性的于强度折减弹塑性有限元分析结果,绘制边坡内广计算原理,首先通过有限元计算出边坡内的应力场,义剪应变分布,并认为若某一幅值广义剪应变的区然后依据数学规划方法和极限平衡原理确定临界滑域在边坡中相互贯通,则意味边坡已经失稳破坏。[5]动面及相应的安全系数;其二为强度折减弹塑性由于失稳时刚好贯通的广义剪应变值一般无法事先
6、X收稿日期:2003205213;修回日期:2003205220基金项目:国家自然科学基金(10172022)和国家教育部跨世纪优秀人才培养计划研究基金(教技函[1999]2号)联合资助作者简介:栾茂田(19622),男,教授,博导。主要从事岩土工程基本理论与数值分析、非线性土动力学与岩土地震工程、海洋土力学理论与实验技术等方面的教学与科研。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2防灾减灾工程学报 第23卷确定,由此所确定的边坡的安全系数也带有一定的中,对于域内
7、某一点,假定在某个剪切面上土体中正非确定性等人为因素。实际中无论在广义剪应变还应力与剪应力分别为R和S,则按照Bishop安全系是在位移中不仅含有塑性分量,而且也包括弹性分数的一般定义,同时考虑到该点的抗剪强度,可用量,因此根据这些物理量的大小判断塑性区及剪切Mohr2Coulomb破坏准则表示为:破坏区的开展与发展是不够合理和准确的。考虑到Sf=c+Rtan<(1)土体的塑性破坏主要与塑性区出现、开展及其重分则该点土体在这个预定剪切面上的安全系数为:布紧密相关,而塑性应变能够记
