工程计算实践

岩土工程数值计算边坡稳定性分析2015年6月29日边坡稳定性分析的两类方法010203强度折减法算例分析边坡稳定性分析的两类方法目前边坡稳定性的分析方法主要可以分为两大类，即极限平衡法和有限元分析方法。在极限平衡分析方法中，以安全系数来评价边坡的稳定性，其原理简单，物理意义明确，是最重要、最常用和最直观的稳定性评价指标。而在以往的有限元分析中，是没有办法直接评价边坡稳定性的，通常都是根据边坡的位移场、应力场、塑性区等来间接地评价，或者根据有限元计算出应力分布之后再利用极限平衡分析方法计算出一个安全系数指标，其计算结果往往难以解释，也很难被工程技术人员所接受。强度折减法的出现改变了这一格局，它直接通过有限元分析获得一个安全系数，不仅保持了有限元在模拟复杂问题上的优点，而且概念明确，结果直观，在工程中得到了越来越多的的应用。强度折减法的基本原理强度折减法最早由Zienkiewicz等提出，其定义为在外荷载保持不变的情况下，边坡内土体所能提供的最大抗剪强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比。在极限状况下，外荷载所产生的实际剪应力与抵御外荷载所发挥的最低抗剪强度即按实际强度指标折减后所确定的、实际中得以发挥的抗剪强度相等。当假定边坡内所有土体抗剪强度的发挥程度相同时，这种抗剪强度折减系数相当于传统意义上的边坡整体稳定系数。折减后的抗剪强度参数可分别表达为：式中，和是土体所能够提供的抗剪强度：和是维持平衡所需要的或土体实际发挥的抗剪强度；是强度折减系数。强度折减法在ABAQUS中的实现粘聚力和内摩擦角材料参数输入面板中打开与温度相关的控制开关。分别输入“粘聚力-温度”，“内摩擦角-温度”数据表格，为方便后期确定强度折减系数，可以将温度设置与强度折减系数相等。值得说明的是，根据强度折减系数法的定义，粘聚力和内摩擦角与强度折减系数并非线性相关，故应采用分段线性拟合的方式输入。根据第⑵步中温度参数设定，给定模型初始温度和最终温度值。边坡破坏判断标准在使用有限元法分析边坡稳定性时，通常根据有限元程序计算是否收敛来判断边坡是否发生破坏，当在指定的收敛准则和迭代次数下，通过计算无法得到同时能够满足莫尔-库伦准则和整体平衡的应力分布时，数值计算不收敛，边坡同时达到破坏，一般来讲，边坡发生破坏后的最大节点位移较破坏前有很大的跳跃。由此可见，计算不收敛是判断边坡发生破坏的重要标准，土坡稳定性分析算例土质边坡如图所示，土质边坡坡高20m，土坡有均质材料组成。重度=20，弹性模量=100，泊松比=0.3，粘聚力=20，内摩擦=20。在ABAQUS中强度折减法计算的结果极限平衡法中简化Bishop法的计算结果总的下滑力=2250.775kN总的抗滑力=3079.293kN土体部分下滑力=2250.775kN土体部分抗滑力=3079.293kN滑动安全系数=1.368结论荷载步时间为0.386时计算不收敛，strengthreduction荷载步的总时间为1.0。也就是说温度从初始的1.0升至1.386时，计算不收敛，表明安全系数为1.