工程計(jì)算實(shí)踐

巖土工程數(shù)值計(jì)算邊坡穩(wěn)定性分析2015年6月29日邊坡穩(wěn)定性分析的兩類方法010203強(qiáng)度折減法算例分析邊坡穩(wěn)定性分析的兩類方法目前邊坡穩(wěn)定性的分析方法主要可以分為兩大類，即極限平衡法和有限元分析方法。在極限平衡分析方法中，以安全系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，其原理簡(jiǎn)單，物理意義明確，是最重要、最常用和最直觀的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)。而在以往的有限元分析中，是沒(méi)有辦法直接評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的，通常都是根據(jù)邊坡的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性區(qū)等來(lái)間接地評(píng)價(jià)，或者根據(jù)有限元計(jì)算出應(yīng)力分布之后再利用極限平衡分析方法計(jì)算出一個(gè)安全系數(shù)指標(biāo)，其計(jì)算結(jié)果往往難以解釋，也很難被工程技術(shù)人員所接受。強(qiáng)度折減法的出現(xiàn)改變了這一格局，它直接通過(guò)有限元分析獲得一個(gè)安全系數(shù)，不僅保持了有限元在模擬復(fù)雜問(wèn)題上的優(yōu)點(diǎn)，而且概念明確，結(jié)果直觀，在工程中得到了越來(lái)越多的的應(yīng)用。強(qiáng)度折減法的基本原理強(qiáng)度折減法最早由Zienkiewicz等提出，其定義為在外荷載保持不變的情況下，邊坡內(nèi)土體所能提供的最大抗剪強(qiáng)度與外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力之比。在極限狀況下，外荷載所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力與抵御外荷載所發(fā)揮的最低抗剪強(qiáng)度即按實(shí)際強(qiáng)度指標(biāo)折減后所確定的、實(shí)際中得以發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度相等。當(dāng)假定邊坡內(nèi)所有土體抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮程度相同時(shí)，這種抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)相當(dāng)于傳統(tǒng)意義上的邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)。折減后的抗剪強(qiáng)度參數(shù)可分別表達(dá)為：式中，和是土體所能夠提供的抗剪強(qiáng)度：和是維持平衡所需要的或土體實(shí)際發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度；是強(qiáng)度折減系數(shù)。強(qiáng)度折減法在ABAQUS中的實(shí)現(xiàn)粘聚力和內(nèi)摩擦角材料參數(shù)輸入面板中打開(kāi)與溫度相關(guān)的控制開(kāi)關(guān)。分別輸入“粘聚力-溫度”，“內(nèi)摩擦角-溫度”數(shù)據(jù)表格，為方便后期確定強(qiáng)度折減系數(shù)，可以將溫度設(shè)置與強(qiáng)度折減系數(shù)相等。值得說(shuō)明的是，根據(jù)強(qiáng)度折減系數(shù)法的定義，粘聚力和內(nèi)摩擦角與強(qiáng)度折減系數(shù)并非線性相關(guān)，故應(yīng)采用分段線性擬合的方式輸入。根據(jù)第⑵步中溫度參數(shù)設(shè)定，給定模型初始溫度和最終溫度值。邊坡破壞判斷標(biāo)準(zhǔn)在使用有限元法分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)，通常根據(jù)有限元程序計(jì)算是否收斂來(lái)判斷邊坡是否發(fā)生破壞，當(dāng)在指定的收斂準(zhǔn)則和迭代次數(shù)下，通過(guò)計(jì)算無(wú)法得到同時(shí)能夠滿足莫爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則和整體平衡的應(yīng)力分布時(shí)，數(shù)值計(jì)算不收斂，邊坡同時(shí)達(dá)到破壞，一般來(lái)講，邊坡發(fā)生破壞后的最大節(jié)點(diǎn)位移較破壞前有很大的跳躍。由此可見(jiàn)，計(jì)算不收斂是判斷邊坡發(fā)生破壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，土坡穩(wěn)定性分析算例土質(zhì)邊坡如圖所示，土質(zhì)邊坡坡高20m，土坡有均質(zhì)材料組成。重度=20，彈性模量=100，泊松比=0.3，粘聚力=20，內(nèi)摩擦=20。在ABAQUS中強(qiáng)度折減法計(jì)算的結(jié)果極限平衡法中簡(jiǎn)化Bishop法的計(jì)算結(jié)果總的下滑力=2250.775kN總的抗滑力=3079.293kN土體部分下滑力=2250.775kN土體部分抗滑力=3079.293kN滑動(dòng)安全系數(shù)=1.368結(jié)論荷載步時(shí)間為0.386時(shí)計(jì)算不收斂，strengthreduction荷載步的總時(shí)間為1.0。也就是說(shuō)溫度從初始的1.0升至1.386時(shí)，計(jì)算不收斂，表明安全系數(shù)為1.