基于有限元强度折减法确定某边坡的安全系数

利用非线性有限元分析软件MARC,采用强度折减法确定某边坡的安全系数,将塑性区贯通作为边坡破坏的判据,分析结果表明,此方法可以有效克服传统的缺陷,有较强的实用价值。     

采用ANSYS软件讨论无衬砌黄土隧洞安全系数

通过分析黄土隧洞的破坏机理,借鉴有限元强度折减法的思想,在黄土隧洞稳定性分析中提出剪切安全系数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,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.为了保证黄土隧洞的整体安全性,在隧洞设计中必须给出上述两种不同的设计安全系数值.     

基于强度折减法裂损衬砌隧道地震稳定性分析

衬砌裂损是隧道最常见的结构劣化形式,常作为评价安全性的重要指标,其不仅会引起静力安全性问题,还有可能导致隧道地震安全性降低,尤其是高烈度地震区山岭隧道.针对达成铁路隧道群的裂损病害,本文提出了一种拟静力强度折减法,并对裂损衬砌隧道的地震稳定性进行分析.分析结果表明:(1)随着剪切波峰值加速度的增大,围岩-隧道体系首先进...     

土岩组合地层暗挖地铁车站参数优化研究

青岛地铁车站均为土、岩组合地层,车站大部分在风化程度不同的岩层中,因此研究土岩组合地层中暗挖法车站的合理埋深及结构参数有一定意义.以青岛地铁五四广场站为例,采用数值模拟方法,利用有限元软件Abaqus,结合强度折减法和结构安全系数方法,探讨暗挖车站稳定性的影响因素.通过对车站埋深、衬砌强度及应力释放率正交设计优化模拟,得出埋深影响车站围岩结构的稳定性最大,其次是衬砌强度和应力释放率.通过分析,对结构及施工参数进行了优化,优化方案的车站围岩安全系数为1.69,结构安全系数有足够的余度.     

黄土隧洞安全系数初探

通过分析黄土破坏机理及形式,借鉴有限元强度折减法的思想,探索性提出黄土隧洞剪切与拉裂安全系数的定义及计算方法.文章先采用FLAC3D分析软件,模拟无衬砌黄土隧洞开挖,计算稳定安全系数.不断降低土体的抗剪切强度参数c-tanψ,使黄土隧洞达到极限破坏状态,此时的折减系数即为剪切安全系数.不断降低土体的抗拉强度参数,黄土隧洞内临空面上(不包括底部临空面)出现第一个拉裂破坏单元时,表明黄土隧洞发生拉裂破坏,定义拉裂安全系数为实际抗拉强度与破坏时折减抗拉强度的比值.采用ANSYS分析软件,模拟跨度较大黄土隧洞开挖,根据不同支护方式:老式支护和复合支护,分别计算围岩和衬砌安全系数,比较支护前后安全系数变化.提出了黄土隧洞的稳定必须同时满足两个要求:初期支护后土体围岩的安全系数不小于1.15～1.2;根据规范要求二次支护后衬砌结构的安全系数大于2.0～2.4,以确保隧洞在施工与运行过程中的工程安全.     

基于有限元强度折减法的支护结构边坡安全系数计算方法研究

为得到合理的支挡结构边坡安全系数,将支挡结构极限承载力和极限变形量作为额外的有限元强度折减法收敛条件即可得到较为准确的边坡安全系数。论文介绍有限元强度折减法的基本原理,阐述有限元强度折减法中安全系数的计算流程,通过实际工程案例,详细分析有限元强度折减法在支挡结构边坡中的应用。     

有限元强度折减法在锚喷支护优化中的应用

借鉴有限元强度折减法的思想,对不同支护形式与不同应力释放率下的锚喷支护的隧洞围岩整体安全系数进行了研究,从而为判别支护效果和选择最佳支护时间段提供了理论基础。     

基于强度折减法的地铁车站交叉段稳定性分析

基于有限元强度折减原理,分别以特征点位移突变、等效塑形应变贯通和计算收敛等方法作为地铁车站隧道交叉段整体稳定性分析的失稳破坏判据,进行整体安全系数计算,通过实例分析,提出适合地铁车站隧道交叉段整体稳定性分析的强度折减判据。研究结果表明:有限元强度折减法可以定量地得出地铁车站隧道交叉段的整体安全系数;收敛判据计算得出的安全系数明显大于其他两种判据的结果,单独使用任何一种判据都不能真实地确定安全系数;采用特征点位移突变与等效塑形应变贯通两者相结合的综合判据可以较好的得到地铁车站隧道交叉段的整体安全系数。     

基于强度折减的边坡动力安全系数确定方法研究

地震边坡稳定性分析已成为岩土工程界和地震工程界抗震减灾研究的重要课题之一。通过数值分析对土质边坡地震动力响应规律进行研究,发现边坡上PGA分布突变点的连线与潜在滑动面位置存在较好的对应关系。据此可通过PGA分布突变点的连线轮廓来大致确定边坡的潜在滑裂面,同时,这些PGA分布突变点可以选定为判定坡体临界稳定状态的关键点。基于强度折减法,以关键点的相对位移作为边坡动力破坏的控制性指标,结合地震特征位移和安全系数来评价边坡的动力稳定性,以特征位移与强度折减系数曲线上的特征位移产生突变时对应的强度折减系数作为边坡的地震动力安全系数。     

有限元边坡稳定安全系数的影响研究

在边坡稳定性有限元分析中,常将安全系数定义为沿某一特定滑面的抗滑力与下滑力之比。针对该定义下分析结果表现出来的不合理现象,将纯粘土圆弧滑面边坡解析解与该定义下的数值解进行对比分析,结果表明泊松比对边坡稳定安全系数影响较大,当泊松比接近0.5时,边坡安全系数与解析解完全一致。典型算例分析也验证了这个规律,表明在一般情况下泊松比对该定义下的边坡安全系数也有相同的影响规律。     

基于安全系数的大型地下洞室衬砌优化研究

介绍了一种基于安全系数的大型地下洞室衬砌优化方法,应用于糯扎渡水电站调压井大型洞室的衬砌优化研究。首先,建立围岩和衬砌的三维有限元模型,施加初始地应力场,进行结构线弹性计算并配筋,其次,进行衬砌三维弹塑性计算,由围岩点安全系数比较分析,优化得到最佳衬砌方案,最后,对最佳衬砌方案合理性进行了验证分析。研究表明,当衬砌高程施作至625.5m时,围岩和衬砌稳定性较好,且围岩个别点安全裕度较小,因此衬砌方案Ⅳ为优化得到最佳衬砌方案;通过衬砌和围岩的稳定性分析验证了优化方法的合理性,可为其它类似工程衬砌优化研究提供借鉴。     

山岭隧道整体安全系数计算方法初探

针对当前隧道工程安全性定量评估困难的问题,提出一种山岭隧道整体安全系数定量计算方法。对西气东输二线工程莺元埇隧道的实例分析表明,该方法不仅可以便捷地给出隧道的整体安全系数,还可用于评价隧道支护设计的合理性和科学性。     

基于强度折减法的深基坑周边环境安全性评价

城市深基坑工程周边环境变形要求非常严格。因基坑开挖引起的土层扰动,可能会造成建筑物及地下管线破坏,甚至引起基坑失稳。为解决其安全性评价这一难题,吸收强度折减法的优点,提出了基于强度折减技术的深基坑周边环境安全系数的计算方法。以深基坑支护结构水平位移值达到设计控制值作为周边环境破坏的临界判据,通过不断搜索折减系数F,将岩土体材料的力学参数按F值折减代入计算模型中,达到临界条件的折减系数即为安全系数F_s。工程实例分析表明,该方法可以客观、有效地评判深基坑施工中周边环境的安全裕度,为城市深基坑施工顺利进行提供参考。     

基于数值评价的隧道衬砌裂缝成因分析与维修设计

地下工程衬砌裂缝是隧道工程常见病害之一。由于衬砌裂缝对隧道结构体受力、防排水等安全方面产生不良影响,有必要对裂缝成因加以分析并采取有效措施来降低裂缝对隧道的影响。以四川省某铁路隧道为研究对象,现场调查衬砌裂缝情况,分析隧道边墙纵向开裂原因。采用应力解除法对该隧道进行地应力测试,测点处围岩初始应力处于极高应力状态,分析得出高地应力作用是导致衬砌开裂主要原因。为检验这一推断,采用扩展有限元(XFEM)对该段衬砌结构性能进行数值模拟,根据XFEM得到破坏区域衬砌结构破坏演化、二衬安全系数,模拟结果与实际衬砌损伤形式一致。最后,针对隧道衬砌结构开裂提出一种具体的维修方案,根据数值计算结果及现场施作情况,验证所提维修方法的有效性及安全性。     

有衬砌隧道设计计算探讨——隧道稳定性分析讲座之三

利用有限元强度折减法结合基于有限差分原理的FLAC软件,探讨了隧道设计计算过程中初衬和二衬的计算问题以及隧道开挖的应力释放问题,并以黄土隧道为例探讨研究不同应力释放率以及不同初衬和二衬厚度情况下隧道的受力特征,计算围岩安全系数以及二衬安全系数,得出了以下结果:一是利用FLAC软件计算中的不平衡力来控制隧道开挖过程的应力释放是合适的与可行的;二是初村作为隧道围岩的加固圈将承受较大荷载和产生较大的变形,初衬必将进入弹塑性状态;二衬作为隧道的强度储备或者承受不大的荷载,二衬视作弹性杆件可按结构力学的方法确定安全系数;三是如果初衬后围岩安全系数大于1.30,可以认为围岩和初衬都是稳定的,二衬作为安全储备;如果围岩安全系数在1.30 ～1.15之间或围岩为粘弹塑性材料时,表明二村将承受一定荷载;如果初衬后围岩的安全系数小于1.15 ～1.20,则认为初衬不足,不能保证施工安全.最后建议对二衬后的围岩安全系数取1.3,二衬结构安全系数对无抗裂要求的混凝土衬砌取1.4,钢筋混凝土衬砌取1.35.两者综合的安全系数大约在1.8左右以供参考.     

不同衬砌结构缺陷对隧道结构整体安全性的影响

为研究不同衬砌缺陷对隧道结构整体安全性的影响,以某实体隧道工程为依托,采用荷载 结构法建立有限元数值模型,分别对衬砌在正常状态、强度不足、厚度不足及背后脱空4种工况下进行数值计算,对比分析了不同衬砌缺陷对结构安全性的影响。结果表明:当隧道衬砌存在强度不足和厚度不足缺陷时,缺陷部位单元的安全系数减小,而其他部位的安全系数基本不变,随着衬砌厚度不足程度的加深,相应缺陷位置的安全系数也随之降低;当衬砌背后脱空面积较大时,衬砌脱空部位与其相邻位置处的剪力和弯矩均发生正负突变,衬砌结构受力与变形模式发生改变,脱空区域安全系数明显减小,但脱空部位相邻区域衬砌结构的安全系数反而增大,其他部位安全系数没有明显变化,与正常状态下基本保持一致。     

连拱隧道衬砌厚度对结构安全影响分析

基于有限元分析了不同厚度下衬砌结构的受力特征,通过对比总结了衬砌结构安全系数随厚度的变化规律,得到了连拱衬砌厚度的合理取值。分析结果可以为连拱隧道衬砌工程设计提供参考。     

大跨软岩隧道二衬合理支护时机的分析与优化

随着我国高速公路大规模的建设,新奥法的基本理念已经被广泛应用于大跨软岩隧道施工中,因此,支护时机的选择尤为重要。以集呼高速公路金盆湾隧道为例,应用大型通用软件ANSYS建立有限元模型,采用弹塑性方法及Drucker-Prager屈服准则,进行二维平面应变模拟。数值模拟CD法施工时不同荷载释放系数下的开挖与支护,通过分析隧道围岩受力状态、围岩变形、初期支护结构力学性能变化及现场监测结果,初步确定二次衬砌的最佳支护时机。