考虑节理岩体强度各向异性的最危险滑动面搜索.pdf

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1、第42卷第11期人民长江Vo1．42．NO．I12011年6月YangtzeRiverJune，2011文章编号：1001—4179(2011)11—0083—04考虑节理岩体强度各向异性的最危险滑动面搜索陈健云，范书立，李静，涂运伟(大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116023)摘要：针对实际岩体中节理裂隙的分布特征，为了找准岩体破坏性滑动面的位置，在考虑节理岩体强度各向异性的基础上，提出了重力坝坝基滑动面自动搜索算法，并基于ABAQUS和FORTRAN平台，开发了针对有限元分析结果的重力坝坝基滑动面自动搜索程序。该程序由有限元

2、结果导入、滑动面搜索2个模块组成。采用该算法，对坝基基岩中含有不同节理裂隙分布特征的重力坝在地震动荷载作用下的深层滑动面进行了实例验证。结果显示，该搜索方法得到的滑动面同有限元法得到的屈服区相吻合，证实了该滑动面搜索程序的可行性和可用性。关键词：节理岩体；各向异性；滑动面搜索；抗滑稳定中图法分类号：TV45文献标志码：A岩体结构稳定性分析是岩体工程领域的重要课题及r。在法线倾角为的斜面上，正应力和剪应力由之一，主要的分析方法有极限平衡法¨、极限分析法、公式(1)和(2)来计算。这两个公式可以看做是以有限元强度折减法，有限元滑面搜索法

3、，逐步折为参数的方程。减土体抗剪强度法和应用数学规划法。岩体是：由岩石材料和各种宏观地质结构面(节理、断层、破碎or。半——+十——COS2ZOt一—rysiln2Zt~(1l)带等)组成的复合结构体。由于岩体结构在其整个地r：—_一sin2ot+Tcos2o~(L2z)xy质历史形成过程中曾遭受过各种复杂地质构造的作用，其内部存在构造运动产生的行迹——尺度不同的满足Mohr—Coulomb破坏准则的抗剪强度为：结构面，从而使岩体力学性质呈现出非常复杂的不r=c。一(3)连续性、非均匀性和强烈的各向异性，这些结构面相应地，设Mohr

4、—Coulomb屈服函数为在相当大的程度上影响和控制着岩体的力学变形特性F(fir，)：r一。(4)和岩体工程的失稳破坏。所以，以往以均匀、连续、各式中，为应力张量为法线倾角为Ot的斜截面上的向同性假设为基础的各种分析方法并不能正确合理地摩擦系数；c为截面上的黏聚力；or、r分别为截面上评价岩体工程的安全稳定性。鉴于此，本文在考虑岩的正应力和剪应力值。体强度空间分布特征的基础上，开发了一种新型的滑在各向异性材料中，-厂和c值为空间截面法向O／的动面自动搜索程序，该程序考虑了节理岩体强度的各函数，各个空间截面上的抗剪能力并不相同，屈服

5、面不向异性，更符合实际岩体地质情况。仅与空间截面上剪应力值有关，而且还与该截面的法向Ot有关，因此剪切屈服面不一定与最大剪应力面重1基于岩体强度空问分布特征的滑动面搜索合。所以联合公式(3)和公式(4)，可求出屈服函数取平面有限元模型中任一单元中心点应力为，or得最小值F(仃，。)时对应的参数O／，而法线倾角为收稿日期：2010—09—15基金项目：国家自然科学基金资助项目(90915009，50978043)作者简介：陈健云，男，教授，博士师导师，主要从事结构分析和试验技术研究。E—mail：eerd001@dlut．edu．cn

6、人民长江的截面即为此时所要求的滑动方向。的滑动面即为所求的滑动面。整个滑动面由一系列的搜索线段组成，线段的长3工程算例度大小由程序计算，从给定初始滑动点开始至滑出为止。选定初始点，根据其应力状态确定线段的前进滑选取一高度为103m的重力坝作为算例，坝基深动方向，下一个线段的倾向由上一个线段所在的单元度方向、坝踵、坝趾向上下游延伸长度都取为坝高的2中心点应力状态确定。所以，初始点选定后，后续各线倍，即206m。用ABAQUS软件进行具体的模拟计算。段的延伸均具有唯一性，并依此搜索完毕。模型参数见表1。采用4节点平面应变单元，岩基左右两

7、侧均为竖向滑动的水平约束，底面是水平和竖向2搜索程序流程都约束的铰接约束。计算分3种工况，分别为：①基根据上述原理，滑动面搜索算法实现的具体步骤岩视为各向同性材料，采用莫尔一库伦屈服准则进行如图1所示，具体步骤如下。理想弹塑性分析(模型1)；②基岩内有一组倾向下(1)从有限元分析程序中导出以下数据：模型物游、倾角为20。～50。的优势裂隙组1(模型2)；③基岩理力学参数(黏聚力c和摩擦角／的空间分布)、模型内除有工况2的裂隙组1外，还有一组与其正交的倾单元信息、节点信息、应力分析结果信息。向上游的优势裂隙组2(模型3)，(图2)。(

8、2)给定起始搜索单元号I，，，由单元节点坐标信表1坝体和坝基的力学参数息计算搜索半径，由单元应力信息及物理力学空间参数分布特征计算单元最易屈服面的方向角，并记录此时搜索半径尺对应的r和r。(3)由步骤(2)所得方向角、搜索半径及单元坐