论文部分内容阅读
有限元法是评价边坡稳定性的一种实用方法,目前在有限元计算中采用强度折减法来计算稳定系数是基于位移不收敛来作为判别标准,与传统意义上的稳定系数定义有一定差异;有限元计算中不能明确地给出滑动面,且不能直观的给出滑动面上应力、应变以及位移的大小及分布规律。诸上不便给工程的设计支护带来极大的困难,导致较极限平衡法有一定优势的有限元分析在目前的边坡的稳定性评价中只能作为参考性计算。本文旨在基于Smith&Griffiths边坡弹塑性有限元程序,利用有限元中能获取空间应力——应变场的优势,研究开发边坡有限元临界滑动面搜索程序,并实现边坡潜在滑动面稳定系数的计算。本文的主要工作与成果有以下几方面:1)根据有限元计算所得应力场和应变场,分别采用基于应力场的滑移线法和基于应变场的最大剪应变方向来搜索滑动面,采用抗剪强度沿X方向上的积分与剪切力沿X方向上的积分的比值来计算稳定系数,编写了滑动面搜索和稳定系数计算程序,并且把程序根植于Smith&Griffiths(S&G)边坡弹塑性有限元程序中,实现了有限元计算与滑动面搜索、稳定系数计算的一体化。2)分别采用S&G边坡有限元程序和MIDAS有限元程序对1987年澳大利亚计算机应用协会(ACADS)针对澳大利亚所使用的边坡稳定性分析程序的问卷调查中的例题1进行了计算,把S&G程序和MIDAS程序采用弹-理想塑性模型和强度折减法计算所得稳定系数与ACADS采用极限平衡法计算结果进行了比较,剪胀角在20°以内,S&G有限元程序采用8节点四边形单元计算所得稳定系数结果平均值为0.983;MIDAS稳定系数的计算结果中,采用四节点单元的计算结果平均值为1.348,采用八节点单元的计算结果平均值为1.123。而ACADS极限平衡法提供的结果平均值为0.991。边坡的实际稳定系数为1.000。S&G有限元、极限平衡法获得的结果与实际值较为一致。MIDAS的结果偏大12.3%以上。3)对比分析两个有限元程序计算所得应变场以及应力场的差异,。结果表明:两个程序计算所得的应变场和应力场结果差异也较大,同样采用8节点四边形单元,MIDAS计算结果较S&G结果,应变值在边坡的中部大了170%,相应的应力值大80%以上。4)随着剪胀角增大稳定系数增大,其中S&G程序计算结果随着剪胀角增大,稳定系数呈线性增长趋势,而MIDAS计算结果二者关系波动较大。5)利用编写的程序对ACADS边坡稳定性分析程序问卷中的例题1进行了滑动面搜索和基于搜索到的最危险滑面应力计算稳定系数,结果显示基于应力场搜索出的潜在滑动面与极限平衡法搜索的最危险滑动面基本相符,通过滑面应力计算所得稳定系数为1.000,与极限平衡法计算所得平均值0.991基本一致,而基于应变场搜索出的最危险滑动面滑动面比上述两种方法所得的位置深,通过滑面应力计算所得的稳定系数为1.082,比极限平衡法计算所得的稳定系数大。6)分析了网格尺寸(S)、步长(L)大小对潜在滑动面滑动面位置和稳定系数的影响,结果表明:滑动面位置与网格尺寸和步长无关,而稳定系数受网格尺寸和步长影响较大,当L/S在0.8~1.2内时,稳定系数的计算结果较为稳定。