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1、第26卷第2期防灾减灾工程学报Vol.26No.22006年5月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringMay2006基于ABAQUS的强度折减有限元法X边坡稳定性分析112李春忠,陈国兴,樊有维(1.南京工业大学岩土工程研究所,南京210009;2.南京市测绘勘察研究院有限公司,南京210005)摘要:将强度折减有限元法与ABAQUS软件相结合,充分利用ABAQUS软件强大的后处理功能,动态显示广义塑性应变和塑性区的开展情况,以此对边坡稳定性进行判定。在
2、ABAQUS软件的模拟计算中,通过不断调整强度折减系数F的大小,改变土体的强度指标c、<值,得到不同折减系数下边坡中广义塑性应变的发展情况;当塑性区趋于贯通,且广义塑性应变和位移发生突变时,则边坡处于破坏的临界状态,此时的折减系数就定义为边坡的最小稳定安全系数。通过天然直立边坡及开挖边坡的实例分析,表明该法可以较准确形象地预测边坡潜在滑裂面的位置及评价边坡的稳定性,在复杂条件下的基坑边坡稳定性分析中是简便实用的。关键词:边坡稳定;强度折减有限元法;Mohr2Coulomb屈服准则;塑性应变;ABAQUS软件中图分类号
3、:TU311.2文献标识码:A文章编号:167222132(2006)0220207206泛、前景良好的一种数值分析方法,它将强度折减技0引言术与弹塑性有限元方法相结合,在给定的评判指标下,通过调整折减系数对边坡的稳定性进行分析,求边坡稳定性分析是经典土力学最早试图解决而得边坡的最小稳定安全系数。本文采用大型有限元仍未圆满解决的课题,自1927年弗伦纽斯提出圆弧分析软件ABAQUS,并结合强度折减有限元法进行滑动法以来,至今已出现数十种土坡稳定分析法。土质边坡稳定性分析,以ABAQUS模拟计算结果对于匀质土坡,传统方
4、法主要有:极限平衡法、极限的动态显示技术,描绘出塑性应变的发展及塑性区分析法和滑移线场法等。就目前工程应用而言,主的范围,以此作为评判依据评价边坡的稳定性。要还是极限平衡法,但需要事先知道边坡的滑动面位置和形状;传统极限平衡方法尚不能搜索出边坡1强度折减系数的基本概念的危险滑动面以及相应的稳定安全系数。而目前的各种数值分析方法,一般只能得出边坡应力、位移、目前,工程中常用的安全系数是在材料强度保塑性区,也无法得到边坡危险滑动面以及相应的安持一定情况下,把荷载提高一定的倍数,相当于荷载全系数。随着计算机技术的发展,尤其
5、是岩土材料增大系数或加载系数;而强度折减系数是把材料强的弹塑性有限元计算技术的发展,应用有限元法分度降低一定倍数,两者在实质上是一致的。抗剪强[6]析边坡稳定性越来越普遍。度折减系数的概念是由Zienkiewicz等1975年在用有限元法分析边坡稳定问题克服了极限平衡土工弹塑性有限元数值分析一文中首次提出的,由[7]方法中将土条假设为刚体的缺点,考虑了土体的弹此所确定的强度储备安全系数与Bishop在极限平塑性本构关系,以及变形对应力的影响;能模拟边坡衡法中所给的稳定安全系数在概念上是一致的。抗的失稳过程及滑移面形状
6、的影响;可适用于任意复剪强度折减系数定义为(文献[2]):在外荷载保持不杂的边界条件;求解安全系数时,可以不需要假定滑变的情况下,边坡内土体所发挥的最大抗剪强度与移面的形状,也不需要进行条分。强度折减弹塑性外荷载所产生的实际剪应力之比。外荷载所产生的[1～5]有限元法是目前在土坡稳定分析中适用性广实际剪应力应与抵御外荷载所发挥的最小抗剪强度X收稿日期:2005210216;修回日期:2005211216基金项目:国家教育部青年骨干教师基金项目(2000);南京工业大学重点学科建设基金项目(2003)作者简介:李春忠(
7、19802),男,硕士研究生。主要从事岩土工程中基坑开挖稳定性分析及地下水渗流的数值模拟。Email:lcz0302@163.com208防灾减灾工程学报第26卷即按照实际强度指标折减后所确定的、实际中得以流动法则;当W≠U时,为非关联流动法则。Mohr2发挥的抗剪强度相等。其基本原理是将岩土体强度Coulomb的塑性势方程为:指标c、U值同时除以一个折减系数F,得到一组新的sinHRsinWQ=RmsinW+J2cosHR-=常数(4)c′、U′值,然后作为新的材料参数带入有限元进行试3算,当边坡土体符合给定的临界
8、破坏状态判定条件式中Rm为平均应力;时,对应的F被称为边坡的最小安全系数(文献W为剪胀角,且0≤W≤U,当W=0时无剪胀现象,W=U时即为Mohr2Coulomb屈服条件,具有最[4])。其中,参数c′、U′分别由式(1)、(2)求得,而弹大的剪胀现象。性模量E泊松比L在计算中假设为定值,不随c、U值总的来说,对于同一类型材料,采用非关联流动的
