【基于强度折减法的有限元边坡分析案例1900字】

VII基于强度折减法的有限元边坡分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6416基于强度折减法的有限元边坡分析案例 1313231.1有限元法概述 178421.2有限元法特点 116091.3有限元分析确定滑动面 228291.4模型基本假设与土体本构关系选取 2240671.5自然放坡下的有限元分析 2174221.6锚拉支护条件下的边坡有限元分析 31.1有限元法概述现阶段，工程项目在进行的过程中使用有限元的方式对支护方式进行确定十分的常见，最近几年来使用最广泛的有限元的方式为ABAQUS有限元法。最经典的方法为“强度折减法”。也就是说，通过折减模型材料的粘聚力和摩擦角，观察模型的塑性区发展和剪切变形程度。1.2有限元法特点应用此种方式进行计算时，需要考虑四个关键的特点，这四个特点分别是：（1）降低支护结构以及排水体系对土壤结构的影响，建筑物在修筑的过程中，周围土质的情况对建筑物质量的影响程度较大，因此，选择支护方式时要注重对土质结构的保护；（2）严格的按照有关公式的计算确定剪胀角的度数，没有特殊要求的情况下，要将剪胀角的度数限制在零左右，以此来提高精准程度；（3）有限元模拟方式的选择也非常的重要，使用最广泛的有限元模拟方式是三维有限元模拟法，三维有限元模拟法对提高边坡稳定性有非常重要的作用，但是需要特别注意的是，选择有限元模拟方式时应该按照对称性的工作原理；除此之外，周围土壤结构的限制能力也应该考虑进内。在应用不同的支护方式时应该选择不同的支护方案，支护方案的确定非常的重要，要根据施工现场的实际情况进行确定。1.3有限元分析确定滑动面在应用有限元分析自然放坡时，需要对滑动面进行确定，在对滑动面进行确定时需要考虑多种因素，采用极限平衡分析的方法可以提高滑动面确定的精准程度，一般情况下，滑动面的形状以圆弧状为主，在确定滑动面时，我们需要应用到不同的软件，现阶段，使用最广泛的软件技术为ABAQUS软件。1.4模型基本假设与土体本构关系选取为深入研究边坡支护方案的相关力学性能，应用ABAQUS有限元进行数值分析。在进行有限单元法的分析时，简化计算的同时要符合工程的实际状况，本文对模型进行如下简化:(1)忽略支护结构施工和排降水对土体原有性质的影响;(2)剪胀角等于零;(3)利用对称性，采用三维有限元模拟对边坡的稳定性进行分析;(4)针对锚拉支护，锚杆和柱桩之间采用约束。1.5自然放坡下的有限元分析在边坡稳定分析中，我们需要确定滑动面的位置，图3与图4为计算终止时的位移等值云纹图。图3强度折减系数Fs=1.4等效塑形应变分布区图4强度折减系数Fs=1.65等效塑形应变分布区图3强度折减系数Fs=1.4等效塑形应变分布区图4强度折减系数Fs=1.65等效塑形应变分布区由图3与图4可以清楚的判断出滑动面的位置，与极限平衡分析法中的一样，呈大致的圆弧状［5］，并且通过坡角点。基于ABAQUS软件，在某些情况下，根据总位移等值线无法判断滑动面位置，在这种情况下缩减积分单元得到位移等值线，由于位移中包含了第一步中由重力荷载引起的位移，无法得到滑动面位置，因此，此处需要考虑一个事实，土坡有失稳的趋势需要在增量位移中得到反映，因而通过计算终止的最后一个增量步的增量位移来判断［6］。1.6锚拉支护条件下的边坡有限元分析经过ABAQUS后处理，锚拉支护下的边坡应力云纹图如图5所示：图5锚拉支护塑形应变示意图锚拉支护的作用机理与当下被应用到工程领域的斜撑支护相似，其主要采取相应的加固方式对柱桩进行加固，通过对锚拉支护进行有限元分析及拉杆轴力验算，证明了锚拉支护有足够承载能力来保证边坡的稳定性[9]，但是，锚杆设置的位置不同，其支护效果也不同。由于锚拉支护下支护结构的受力较为复杂，因此，采用弹性地基梁法对模型进行简化，其计算简图如6所示。图6平面弹性地基梁法计算简图图6平面弹性地基梁法计算简图根据弹性地基梁法的相关理论[10]，土体由于产生横向抗力而导致柱桩产生一定的位移，二者成正比例关系，其关系式可表示为：p=kxyb0（3）式中:p为土体产生的横向抗力;kx为土的水平反力系数;y为柱桩在土体作用下的横向位移;b0为柱桩的计算宽度。本文在对锚拉支护的研究中，主要采用弹性地基梁法［11］，横向荷载集中在竖向弹性处，以水平力H0和弯矩M0为主，当桩身有水平荷载q(z)时，可以得到如下关系：d4y/dz4+a5yz=0(4)式中:z为柱桩的打入深度;a为柱桩的变形系数;a=5mbo/EI，m为地基土水平抗力比例系数，b0y=y0A1+φ0aB1+M0a²EIC1+H任意深度处的弯矩为：M=aEI(ay0A2+φ0B2)+M0C2+HoaD任意深度处的剪力为：H=a²EI(ay0A3+φ0B3)+aM0C3+H0D3（7）式中:H0和D0为柱桩上承受的荷载;y0和φ0为接近地面处的位移与转角;A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2、D3、D4为常数，在计算过程中，以上常数可以通过查表获得;EI为维护结构的抗弯刚度。图7锚拉支护下桩身位移分布图本文根据实际工程状况，在距离坡顶1.5m处设置拉杆，