基于数值强度折减法的边坡失稳判定方法

利用有限元强度折减法进行边坡稳定分析时,对边坡稳定状态的判断影响到强度折减有限元法得到的折减系数,进而影响安全系数的计算结果。以Griffiths边坡为算例,在Abaqus软件中分别对采用数值迭代不收敛、特征部位位移突变、广义塑性应变或等效塑性应变贯通3类判据作为判断失稳的标准进行了计算。结果表明数值计算结果是否收敛与边坡是否失稳存在对应关系,计算因不收敛而终止时的强度折减系数变化不大,有限元收敛条件的设置对结果影响不大,建议利用有限元计算收敛作为失稳判定的依据。     

基于塑性区开展的边坡失稳判据研究

边坡塑性区贯通后,不同的贯通程度会得出不同的安全系数。为了克服该判别标准存在的人为随意性,以某经典边坡稳定分析算例,采用ABAQUS有限元分析软件,计算出塑性区贯通判据下的安全系数,与计算不收敛判据和特征点位移发生拐点判据得出的安全系数对比,归纳出边坡失稳时等效塑性应变达到的数量级。计算结果表明:当计算过快的发生不收敛,塑性区尚未贯通,计算不收敛判据下安全系数偏小;本文提出根据等效塑性应变量级指标来判决贯通时刻:最大塑性应变为2×10~(-4)~5×10~(-4),最小塑性应变为5×10~(-5)~10×10~(-5),当塑性应变达到量级,表征塑性区贯通,得出的安全系数较其他失稳判据更合理。     

应力迁移法及其在边坡稳定分析中的应用

假定在计算过程中单元竖向应力保持不变和折减前、后大及小主应力方向不变的前提下,给出了应力迁移法的计算式以及操作步骤,并应用ABAQUS软件进行数值模拟分析。然后将应力迁移法应用到边坡稳定性分析的工程实践中,探讨其在实际工程应用中的可行性。通过分析,得出应力迁移法中以特征点位移突变、广义剪应变贯通和等效塑性应变贯通作为失稳判据均具有较好的一致性,而以计算不收敛作为失稳判据得出的安全系数比前三个判据得出的安全系数略大一些的结论。     

不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明:以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

塑性应变能判据在三维边坡稳定性分析中的应用

强度折减法自提出以来,在边坡稳定性分析领域快速发展。安全系数的获得依赖于所选取的失稳判据,但是目前普遍应用的计算不收敛、位移突变和塑性区贯通的判断依据的合理性还存在一定的争议,在工程界不能形成统一的认可,而塑性应变能具有数值单一、概念明确,能真实反映结构稳定性的特点。结合工程实例,用FLAC3D建立三维边坡数值模型,用塑性应变能判据和尖点突变分析模型确定安全系数。结果表明:塑性区应变能判据能较为一致地反映边坡产生塑性、发生破坏的过程,在三维边坡稳定性分析中的应用是可行的;基于该判据得到的安全系数,与塑性区贯通、位移突变、计算不收敛判据和三维极限平衡法的相对误差均不足10%,安全系数的准确度有一定保证。     

基于有限元法的岩质边坡地震稳定性数值分析

基于有限元法,采用三维非线性时程分析,运用强度折减理论,通过位移突变性判据和塑性区贯通判据综合分析岩质边坡在地震工况下的稳定性。在三维有限元模型中,通过设置黏弹性人工边界来吸收地基的辐射阻尼效应,充分考虑由岩体自重产生的地应力场和岩脉及断裂破碎带对稳定性的影响。分析结果表明:以位移突变为稳定安全系数的一项判据,沿边坡高程分布的特征点位移突变对应的动力稳定安全系数均大于1.35;以塑性区贯通为稳定安全系数的一项判据,随着安全系数的增大屈服区逐渐增大,安全系数较小时塑性屈服区小;当安全系数达到1.35时坡脚位置局部出现大量的屈服塑性区;当安全系数继续增大时,开挖边坡位置屈服塑性区出现贯通;安全系数超过1.5时边坡出现破坏。联合考虑位移突变和塑性区贯通进行安全系数判定得到动力稳定安全系数为1.35,满足要求。     

基于ANSYS的边坡稳定性强度折减有限元分析

介绍了一种基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析方法,讨论了该方法的基本原理、安全系数的物理意义、屈服准则和流动法则的选用及边坡破坏的判据等。算例通过不断折减边坡强度参数,代入有限元程序进行边坡稳定性计算,直至计算不收敛时的折减系数即为边坡的安全系数。结果表明：随着折减系数的不断增大并达到某一数值时,边坡内塑性应变自坡底向坡顶逐渐贯通,边坡达到极限状态,此时的折减系数即为安全系数,有限元强度折减法对边坡稳定性分析具有良好的适用性。     

利用有限元强度折减法分析岩质边坡的稳定性

基于有限元强度折减法,利用ANSYS有限元软件,对岩质边坡在地应力作用下进行了稳定性分析。选用D-P屈服准则,以边坡的位移计算不收敛及塑性区贯通作为边坡失稳判据,得到边坡的安全系数及破坏滑动面。通过与成熟的极限平衡法做比较,证明边坡稳定性安全系数是合理的,从而也说明强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的优越性。     

极限分析有限元法在节理裂隙隧洞中的应用

通过对节理裂隙隧洞非线性有限元模型进行强度折减,使隧洞达到不稳定状态,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是地下洞室的安全系数.同时折减岩体强度和结构面强度、只折减结构面强度,两种情况下得到的安全系数是一致的.将围岩塑性应变发生突变时的塑性区各断面中塑性应变值最大点的位置连成线得到了节理裂隙隧洞的破裂面.通过以上工作,评价了节理裂隙隧洞的稳定性和设计合理性,得出了几点有益的结论.     

有限元强度折减法中边坡失稳判据研究

研究了应用有限元强度折减法分析边坡从稳定逐步发展到破坏过程中，土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化特征曲线经历的4个特征区段。发现以广义塑性应变或者等效塑性应变区从坡脚到坡顶贯通作为边坡失稳的判据不够充分，土体产生很大且无限的水平位移和塑性应变才是导致边坡失稳的根本原因。提出了以土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化曲线作为有限元强度折减法中边坡失稳的判据。     

有限元强度折减法中边坡三种失效判据的适用性研究

采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析时,边坡的安全系数在很大程度上依赖选用的失稳判别标准。通常以特征部位位移的突变性、塑性区的贯通性、数值计算的收敛性作为边坡失稳判据。然而,对这三种判据的适用性学术界一直存在不同看法。以一般边坡和陡边坡作为算例模型,对比分析三种常用的判据判定安全系数的大小。结果表明:对一般边坡三种判据有较好的一致性,陡边坡三种判据存在较大的差异。研究发现:以往用于强度折减法的屈服准则没有考虑拉伸截断,即在强度折减过程中过高的估计了材料的抗拉强度是导致三种判据对应的计算结果存在广泛争议的重要原因,并通过计算钟乳石模型的安全系数对这一结论进行验证。因此,有限元强度折减法中应考虑抗拉强度指标与抗剪强度指标同等地减少,才能保证计算结果的正确性及三种判据的一致性。考虑张拉、剪切破坏的强度折减法在边坡稳定性计算中具有普遍的适用性,是对强度折减法的改进和推动。     

关于土体隧洞围岩稳定性分析方法的探索

 长期以来,地下隧洞围岩稳定性分析没有科学合理的方法,一直停留在以洞周某点位移或塑性区大小的经验值作为判断稳定性的依据。隧洞洞周位移或收敛位移受围岩弹性模量、洞室形状大小等因素影响,洞周不同部位的位移值也不相同,很难找到统一的位移判据标准。以塑性区大小作为围岩稳定性的判据要优于位移标准,但围岩塑性区受泊松比、洞室形状大小等因素影响,不同软件计算出的塑性区大小也有差异,这种方法同样也不可靠。由此可见,传统的经验分析法不够合理。为此,提出将基于有限元强度折减法求出的安全系数作为稳定性分析判据,该判据有严格的力学依据,有统一的标准,而且不受其他因素的影响。以黄土洞室为例,提出洞室的剪切与拉裂安全系数的概念,通过不断折减土体的抗剪强度参数c,j 值或c,j 与抗拉强度,使黄土隧洞围岩塑性区不断扩展,直至塑性应变或位移发生突变时,即表明隧洞发生剪切破坏,此时的折减系数即为剪切安全系数。通过不断折减土体的抗拉强度参数,使黄土隧洞内临空面处(不包括底部临空面)围岩出现第一个单元拉裂破坏时,即表明隧洞发生拉裂破坏,此时的折减系数即为拉裂安全系数。该研究仅是对围岩稳定性分析方法的尝试性探索,供同行分析、讨论。     

浅埋暗挖隧道施工过程安全系数动态变化特征

将有限元强度折减法引入隧道施工过程动态安全系数研究,针对浅埋暗挖工法中的双侧壁导坑法,通过有限元强度折减法求得各工况安全系数.选取代表工况,通过等效塑性应变和模型位移研究隧道的失稳形式,可为隧道开挖支护和地层预加固的设计提供参考.计算表明:左右两侧导洞开挖工况下,围岩的破坏区集中在洞顶,失稳形式为洞顶的局部塌落;中部岩...     

不同强度准则下软岩巷道底板破坏安全性比较分析

长期以来,对地下硐室的稳定性评价一直缺乏一个合理的评判标准,传统有限元法无法计算出硐室的安全系数,仅凭应力、位移和塑性区大小很难确定硐室的安全度。为解决这一难题,吸收极限分析有限元方法的优点,开展基于强度折减技术的软岩巷道底板的安全系数求解。极限分析本质上是强度问题,强度准则的选取对求解结果影响很大,为此探讨不同强度准则参数之间的关系和经典D-P准则与扩展D-P准则之间的剪切安全系数的转换。考虑巷道底臌是由于两帮岩体产生压模效应而造成底板岩体出现的整体剪切破坏,通过不断折减岩体的抗剪强度参数,以底板特征点位移突变为破坏判据,求解底板的稳定安全系数及潜在破裂面,并比较不同强度准则下的求解结果。结果表明,安全系数的理论转换公式具有较高的计算精度;不同强度准则求解的安全系数关系为DP1准则＞M-C准则＞扩展D-P准则＞DP4准则＞DP2准则＞DPM-C准则＞DP3准则,即DP1准则是偏不安全的,其中DP2,DPM-C,DP3准则求解结果吻合较好;网格密度及剪胀角的选取对结果收敛影响很大。     

基于FLAC~(3D)的强度折减有限差分法巷道稳定性分析

通过将强度折减法与有限差分软件FLAC3D相结合,充分利用FLAC3D对模拟塑性破坏和塑性流动采用的"混合离散法"比有限元法中通常采用的"离散集成法"更为准确、合理的优点,较为准确的对巷道的稳定性进行判定。在软件的模拟过程中,通过不断的调整影响岩石强度指标的c、φ,改变岩体强度折减系数F,从而得到在不同折减系数下巷道的广义塑性区发展状况。当广义塑性区趋于贯通,或广义塑性应变和位移发生突变,说明此时的折减系数就是巷道的最小稳定安全系数,并通过潘三矿17101(3)低抽巷的稳定性实例分析,得出巷道的最小稳定系数为1.5。     

基于安全系数的地铁车站衬砌优化设计探讨

实际工程中初衬受力与变形很大因而初衬会进入塑性,应将初衬视作弹塑性加固材料进行设计计算。结合一个青岛地铁车站衬砌的设计计算,将强度折减法应用于隧道稳定性分析。考虑衬砌施作时的围岩应力释放率影响,利用强度折减法计算隧洞围岩及衬砌的安全系数。初衬后围岩安全系数不应小于1.15~1.20,如果围岩安全系数小于1.30,此时二衬将承受一定荷载。二衬安全系数与初衬后围岩安全系数的乘积应大于2,以确保二衬安全。通过计算可以定量的确定初衬和二衬的结构尺寸,确保隧洞安全并合理降低成本。