院士讲解边坡稳定有限元分析PPT学习教案

1、会计学1 随着计算机技术的发展，尤其是岩土材料的非线性弹塑性有限元计算技术的发展，有限元强度折减法近来在国内外受到关注，对于均质土坡已经得到了较好的结论，但尚未在工程中实用，本文采用有限元强度折减法，对均质土坡进行了系统分析，证实了其实用于工程的可行性，对节理岩质边坡得到了坡体的危险滑动面和相应的稳定安全系数。该方法可以对贯通和非贯通的节理岩质边坡进行稳定分析，同时可以考虑地下水、施工过程对边坡稳定性的影响，可以考虑各种支挡结构与岩土材料的共同作用，为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的途径。 第1页/共50页2. 有限元强度折减系数法的基本原理1trialccF 1arctan(tan )tria

2、lF 第2页/共50页3.有限元强度折减系数法精度分析 第3页/共50页第4页/共50页第5页/共50页a2 sin3(3sin)2sin3(3sin)2sin33sin22 3sin2 3 (9sin)k6cos3(3sin)c6 cos3(3sin)c23 cos33sinc26 3 cos2 3 (9sin)ckJIF21第6页/共50页第7页/共50页010203040500.300.600.901.201.501.802.102.402.703.003.30 折减系数摩擦角 o DP1 DP2 DP3 DP4 简化Bishop法 第8页/共50页024681012141618200.

3、000.020.040.060.080.10误差样 本 数(算例数) 第9页/共50页第10页/共50页 有限元单元网格划分第11页/共50页第12页/共50页L坡脚到左端边界的距离（左边距），R坡顶到右端边界的距离（右边距），B坡脚到底端边界的距离（底边距），H坡高 第13页/共50页第14页/共50页10203040500.600.801.001.201.401.601.80折减系数坡高H DP4 简化Bishop法第15页/共50页30354045501.001.101.201.301.401.50折减系数坡角值 DP4 简化Bishop法第16页/共50页0.03.0 x1046.0

4、x1049.0 x1040.200.400.600.801.001.201.401.601.80折减系数粘聚力C值 DP4 简化Bishop法第17页/共50页H=20m =45 C=42KPa( )0.110253545DP10.5251.044 1.769 2.2543.051DP20.525 0.9301.3321.5301.887DP30.4540.8481.2791.4991.870DP40.4770.8961.3961.6892.182简化Bishop法0.4940.8461.3161.6232.073(DP1-Bishop)/Bishop0.0630.2340.3440.3550

5、.472(DP2-Bishop)/Bishop0.0630.0990.012-0.080-0.090(DP3-Bishop)/Bishop-0.0810.002-0.028-0.099-0.098(DP4-Bishop)/Bishop-0.0340.0590.0610.0410.053第18页/共50页mH203/25mkNkPac42175045403530、第19页/共50页 坡角（度）3035404550有限元法（外接圆屈服准则）1.781.621.481.361.29有限元法（莫尔-库仑等面积圆屈服准则）1.471.341.221.121.06简化Bishop法1.3941.2591.

6、1531.0620.99Spencer法1.4631.3181.2121.1151.04计算结果计算结果第20页/共50页第21页/共50页第22页/共50页kJIF21第23页/共50页有限元模型以及变形后产生的塑性区 第24页/共50页第25页/共50页tgc0n安全系数 :) ()(tgtgccFs第26页/共50页第27页/共50页 0 3010 45 45 有限元强度折减法Spencer法C=160kPa,1.000.99C=160kPa,2.112.11C=320kPa,2.332.33C=160kPa,2.091.98C=03.082.94不同方法求得的稳定安全系数 第28页/共

7、50页第29页/共50页 表5.3.1 计算采用物理力学参数材料名称重度弹性模量泊松比内聚力内摩擦角kN/m3MPa MPa度岩体25100000.21.038结构面17100.30.1224 表5.3.2 计算结果计算方法安全系数有限元法（外接圆屈服准则）1.26有限元法（等面积圆屈服准则）1.03极限平衡方法(解析解)1.06极限平衡方法(Spencer)1.06第30页/共50页5.4 5.4 具有两组平行节理面的岩质边坡算例具有两组平行节理面的岩质边坡算例 如图所示，两组方向不同的节理，贯通率100%，第一组软弱结构面倾角30度，平均间距10m，第二组软弱结构面倾角75度，平均间距10

8、m，岩体以及结构面计算物理力学参数见表5.4.1。按照2维平面应变问题建立有限元模型. 计算步骤同上，通过有限元强度折减，求得的滑动面如图5.4(a)所示,它是最先贯通的塑性区。塑性区贯通并不等于破坏，当塑性区贯通后塑性发展到一定程度，岩体发生整体破坏，同时出现第二、三条贯通的塑性区，如图5.4(b)，程序还可以动画模拟边坡失去稳定的过程，从动画演示过程可以看出边坡的破坏过程也整体破坏的过程。 第31页/共50页材料名称重度弹性模量泊松比内聚力内摩擦角kN/m3MPa MPa度岩体25100000.21.038第一组节理17100.30.1224第二组节理17100.30.1224 表5.4.

9、1 计算采用物理力学参数 表5.4.2 计算结果 计算方法安全系数有限元法（外接圆屈服准则）1.62有限元法（等面积圆屈服准则）1.33极限平衡方法(Spencer)1.36第32页/共50页 通过有限元强度折减，求得的滑动面如图6-(a)所示,它是最先贯通的塑性区。塑性区贯通并不等于破坏，当塑性区贯通后塑性发展到一定程度，岩体发生整体破坏，同时出现第二、三条贯通的塑性区，如图6-(b)，程序还可以动画模拟边坡失去稳定的过程，从动画演示过程可以看出边坡的破坏过程也整体破坏的过程。 图5.4(a)首先贯通的滑动面 图5.4(b)滑动面继续发展第33页/共50页第34页/共50页第35页/共50页不同方法求得的稳定安全系数 第36页/共50页用有限元强度折减法求得的滑动面第37页/共50页碎石土强风化晶屑凝灰岩堆土弱风化晶屑凝灰岩 未开挖前的原始地貌（断面一）第38页/共50页第39页/共50页原设计开挖断面 第40页/共50页第41页/共50页第42页/共50页滑动面第43页/共50页第44页/共50页第45页/共50页第46页/共50页