工程計算實踐

巖土工程數(shù)值計算邊坡穩(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)來評價邊坡的穩(wěn)定性，其原理簡單，物理意義明確，是最重要、最常用和最直觀的穩(wěn)定性評價指標。而在以往的有限元分析中，是沒有辦法直接評價邊坡穩(wěn)定性的，通常都是根據(jù)邊坡的位移場、應力場、塑性區(qū)等來間接地評價，或者根據(jù)有限元計算出應力分布之后再利用極限平衡分析方法計算出一個安全系數(shù)指標，其計算結果往往難以解釋，也很難被工程技術人員所接受。強度折減法的出現(xiàn)改變了這一格局，它直接通過有限元分析獲得一個安全系數(shù)，不僅保持了有限元在模擬復雜問題上的優(yōu)點，而且概念明確，結果直觀，在工程中得到了越來越多的的應用。強度折減法的基本原理強度折減法最早由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度與外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的實際剪應力之比。在極限狀況下，外荷載所產(chǎn)生的實際剪應力與抵御外荷載所發(fā)揮的最低抗剪強度即按實際強度指標折減后所確定的、實際中得以發(fā)揮的抗剪強度相等。當假定邊坡內(nèi)所有土體抗剪強度的發(fā)揮程度相同時，這種抗剪強度折減系數(shù)相當于傳統(tǒng)意義上的邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)。折減后的抗剪強度參數(shù)可分別表達為：式中，和是土體所能夠提供的抗剪強度：和是維持平衡所需要的或土體實際發(fā)揮的抗剪強度；是強度折減系數(shù)。強度折減法在ABAQUS中的實現(xiàn)粘聚力和內(nèi)摩擦角材料參數(shù)輸入面板中打開與溫度相關的控制開關。分別輸入“粘聚力-溫度”，“內(nèi)摩擦角-溫度”數(shù)據(jù)表格，為方便后期確定強度折減系數(shù)，可以將溫度設置與強度折減系數(shù)相等。值得說明的是，根據(jù)強度折減系數(shù)法的定義，粘聚力和內(nèi)摩擦角與強度折減系數(shù)并非線性相關，故應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)設定，給定模型初始溫度和最終溫度值。邊坡破壞判斷標準在使用有限元法分析邊坡穩(wěn)定性時，通常根據(jù)有限元程序計算是否收斂來判斷邊坡是否發(fā)生破壞，當在指定的收斂準則和迭代次數(shù)下，通過計算無法得到同時能夠滿足莫爾-庫倫準則和整體平衡的應力分布時，數(shù)值計算不收斂，邊坡同時達到破壞，一般來講，邊坡發(fā)生破壞后的最大節(jié)點位移較破壞前有很大的跳躍。由此可見，計算不收斂是判斷邊坡發(fā)生破壞的重要標準，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中強度折減法計算的結果極限平衡法中簡化Bishop法的計算結果總的下滑力=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滑動安全系數(shù)=1.368結論荷載步時間為0.386時計算不收斂，strengthreduction荷載步的總時間為1.0。也就是說溫度從初始的1.0升至1.386時，計算不收斂，表明安全系數(shù)為1.