南水北调南干渠边坡有限元稳定性分析

采用有限元强度折减法,对南水北调南干渠典型断面进行稳定性分析。计算采用邓肯非线性弹性模型,对渠道边坡的实际开挖施工过程进行模拟。以最大水平位移作为失稳判据,建立最大水平位移和折减系数之间关系曲线,得到不同折减系数下土坡应力变形分布规律和边坡安全系数。计算结果表明,有限元强度折减法,能够较真实地考虑土体应力应变关系和施工过程影响,所得边坡稳定系数略大于毕肖普法计算结果,计算断面稳定安全系数满足规范要求。     

基于强度折减有限元的非均质土坡失稳判据分析

强度折减有限元法在土坡稳定性分析中已得到广泛应用,但目前大多针对均质土坡,较少涉及非均质土坡.将强度折减有限元法应用于非均质土坡,首先要解决非均质土坡失稳判据的选取问题.基于ABAQUS有限元软件,实现了强度折减的自动运行,探讨了各种失稳判据对非均质土坡安全系数取值的影响,分析了非均质土坡失稳破坏的过程,提出了以特征点位移矢量突变结合塑性区贯通的失稳判据,其更能反映非均质土坡真实的稳定性.     

强度折减有限元法分析成层土坡的适用性

通过实例讨论了强度折减有限元法分析成层土坡稳定的可行性,分析表明对于均质土坡,强度折减得到的安全系数在工程允许的范围之内,但折减后的应力场发生了变化,不能用于分析原土坡的稳定性;对于多层土坡,通过简单折减土的强度指标c,tanφ,不能得到正确的应力场,也不能得到土坡的安全系数.     

条形基础稳定性弹塑性大变形有限元分析

对土体失稳过程中弹塑性大变形的问题,采用大变形问题的Updated Lagrangian描述方法,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法：计算了均布竖向荷载情况下的条形基础地基稳定性,通过与Prandtl解和弹塑性小变形有限元法所得结果的对比,说明了用弹塑性大变形有限元法进行土体稳定性计算是可行的．通过对倾斜荷载作用并考虑土体自重情况下的条形基础地基稳定性分析,表明弹塑性大变形有限元法不仅能反映土体抗剪强度指标对土体稳定性影响,而且也能反映土体弹性参数对土体稳定性影响,说明了用弹塑性大变形有限元法计算土体稳定性的合理性及对工程安全的重要性．     

强度折减有限元法分析成层土坡的适用性

通过实例讨论了强度折减有限元法分析成层土坡稳定的可行性,分析表明:对于均质土坡,强度折减得到的安全系数在工程允许的范围之内,但折减后的应力场发生了变化,不能用于分析原土坡的稳定性;对于多层土坡,通过简单折减土的强度指标c,tanφ,不能得到正确的应力场,也不能得到土坡的安全系数。     

强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

以一均质土坡为例,首先采用有限元整体强度折减法计算,在此基础上分别选取塑性剪切应变率大于2.0e-5和塑性区为局部强度折减法的折减范围,通过局部强度折减得到边坡滑裂带分布和稳定安全系数,分析不同折减范围下边坡稳定安全系数、特征点位移以及滑裂带的变化规律。比较天然状况和稳定渗流状态下局部强度折减和整体强度折减的计算结果。结果显示:两种方法得到的稳定安全系数基本一致,但折减范围的选择对计算结果影响很大,折减塑性剪切应变率大于2.0e-5的范围得到的稳定安全系数较小。     

有限差分强度折减法求解边坡稳定性

在比较传统的极限平衡法和有限元强度折减法的同时,介绍了有限差分强度折减法的原理和具体步骤。基于有限差分FLAC程序,通过算例研究了有限元强度折减法与有限差分强度折减法的计算结果,验证了有限差分强度折减法的可靠性。分析了有限元强度折减法与有限差分强度折减法计算结果的差异性,并指出了有限差分强度折减法的优点为能够对具有复杂地质条件的边坡进行稳定性分析,可考虑土体的非线性弹塑性本构关系,能够模拟土坡的失稳过程及其滑移面形状,可直接采用摩尔-库伦屈服准则,适用于可能产生大变形的边坡。并得出了有限差分强度折减法适用于边坡的稳定性分析且满足工程精度需求的结论。     

弹塑性有限元和刚体极限平衡法混合分析土坡稳定

利用弹塑性有限元法分析成果 ,采用刚体极限平衡法分析土坡稳定 ,不仅考虑了土体应力 -应变非线性关系 ,同时能很方便计算土坡稳定的安全系数。避免了刚体极限平衡法单独计算时需要反复试算的过程 ,因而能够发挥有限元和刚体极限平衡法各自的优点     

水位骤降对土质渠道边坡稳定性影响的弹塑性有限元分析

用抗剪强度折减弹—塑性有限元法研究渗流作用下土质渠道边坡的稳定性问题,在土体本够模型中采用了最适合进行土体稳定分析的Mohr Coulomb准则,同时考虑了土体拉伸屈服及拉伸屈服后强度软化对土体稳定性的影响,完善了屈服准则,并用Fortran90语言编制了相应的计算程序.程序的适应性算例所得的稳定安全系数比简化Bishop法小1 2%～5 8%,证实了其应用于工程的可行性.结合渗流有限元对水位骤降情况下的渠坡稳定进行了计算,结果表明,有限元法可以非常方便地将渗流场和应力场相结合,克服了传统条分法难以结合渗透力的缺点,为复杂情况下渠坡结构设计提供了依据.     

皖江区域马鞍山段砂土邓肯-张模型参数试验验证

皖江区域是我国经济发展迅速、基础设施全面推进的中部区域。在基础建设中寻求简捷而贴近实际的计算方法成为设计计算关键环节。邓肯-张双曲线本构模型能较好反映土体非线性特征,概念清晰,易于理解,在工程界中得到了广泛应用。文中选取皖江区域马鞍山段典型砂土层取样试验,分析土体抗剪强度和变形特征,率定邓肯-张模型计算参数。在编制邓肯-张双曲线非线性土体本构模型有限元计算程序基础上,开展砂样土体自重应力平衡、等压固结和轴向应变剪切破坏过程有限元数值计算验证。结果表明:邓肯-张模型参数正确,可为采用有限单元法分析皖江区域砂土地基沉降及稳定性提供依据。     

土体循环塑性模型的动力有限元分析

在简要介绍基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型与土体动力有限元分析原理与计算方法的基础上，将循环塑性模型的本构方程结合进土体的动力平衡方程中，用无条件稳定的隐式积分(Newmark)法求解动力方程，建立了基于循环塑性模型的土体有限元动力分析方法；编制了相应的弹塑性动力有限元程序，程序用FORTRAN语言编写，采用模块结构，可求解连续介质在平面应力、平面应变和轴对称情况下的动力反应问题；最后利用所编程序对水平自由场地的饱和沙层在基岩加速度作用下的动力响应问题进行计算分析。通过对孔隙水压力发展时程、加速度响应时程与剪应力响应时程等计算结果的分析比较，初步验证了模型与程序用于实际计算的可行性和可靠性。     

平面应变条件下砂土强度与土坝应力变形计算

本文对不同应变条件下砂土的抗剪强度及应力应变关系进行了对比试验研究;并根据推广的Von. Mises准则,导出了从常规三轴试验结果来预测平面应变条件下砂土的Mohr—Conlomb强度参数的计算式。本文对Duncan—Chang模型进行了修正,使之能初步反映平面应变条件下较为明显的应变软化现象,并对一典型的均质土坝断面,进行了有限元应力变形计算分析。     

剪胀对岩样全部变形特征的影响

采用FLAC内嵌语言FISH编制了计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数，研究了剪切扩容对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响。在峰值强度之前及之后，岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。分析表明，增加剪胀角使岩样由单一向共轭剪切破坏转变，并使接近Arthur倾角的剪切带倾角增加。剪切带宽度随剪胀角增加，可由基于梯度塑性理论且考虑剪胀后的剪切带宽度公式进行解释。剪胀角增加导致峰值强度及对应的轴向、侧向及体积应变增加。在峰后，由于剪胀引起剪切带条数及宽度增加，因而，轴向应力-轴向及侧向应变曲线软化段都变平缓。剪胀角较高时，岩样可获得更大的侧向变形量及泊松比，甚至是负的体积应变；岩样失稳破坏的前兆更加明显。     

孔隙压力对岩样全部变形特征的影响

目的 研究了孔隙压力对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响．方法 利用FLAC内嵌语言编制的FISH函数计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比．在峰前及峰后，岩石的本构模型分别取为线弹性模型及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型．结果 随着孔隙压力的增加，岩样的破坏区域越来越广泛；剪切带倾角都接近于Arthur倾角；峰值强度及所对应的轴向、体积应变及侧向应变的大小均降低．当孔隙压力较低时，峰后应力-轴向应变曲线及应力-侧向应变曲线软化段斜率基本保持不变，根据单轴压缩条件下的解析解，这是由于岩样的破坏模式不随孔隙压力的增加而改变．结论当孔隙压力较高时，大量的单元发生破坏将消耗较多的能量，这使应力-轴向应变及侧向应变曲线软化段变平缓；岩样在轴向应变较低时就可获得较高的侧向变形量及泊松比，甚至负的体积应变．岩样失稳破坏的前兆的明显程度不随孔隙压力的改变而改变．     

考虑应变强化的高压缩性黏土修正双曲线模型

研究了武汉地区高压缩性黏土弹塑性本构模型。基于Duncan E～v双曲线模型,对等压固结条件下CTC应力路径三轴实验数据进行了数据拟合,得到了该条件下的非线性应力应变关系,并将卸载-再加载试验曲线的平均斜率作为卸载模量,引入了加卸载函数作为判定加卸载的准则。将该模型嵌入有限元程序对三轴压缩试验进行数值模拟,并与Duncan模型数值解及试验曲线作对比。结果表明,该模型较Duncan模型能更好的体现正常固结黏土在CTC路径下的应力应变关系,特别是加载后期的应变强化效应,与试验曲线的最大相对误差不超过5％。     

粘土数值建模方法与Duncan模型的对比研究

以塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理为指导,对粘土本构关系的数值建模方法进行了研究。采用包含应力路径函数的两个本构泛函作为模型基本框架,可以反映出应力路径相关性。应力应变增量关系的表达式包含两个偏导数的交叉项,用于反映塑性体应变与塑性剪应变的相互作用。利用三轴试验结果建立了粘土的弹塑性本构模型,该模型能够反映出土的三大基本力学特性:压硬性、剪胀性和应力路径相关性。通过可视化,分别给出在整个应力场中剪切和体积的三维变形曲面。此外,从模型的理论基础、基本框架和预测结果等方面与Duncan模型进行对比,显示出数值建模方法优于传统方法。     

碎石土边坡稳定性及影响因素的数值模拟研究

结合工程实例,采用有限差分强度折减法对碎石土边坡进行稳定性数值模拟求得安全系数,并与传统分析方法进行计算比较.同时,分析边坡土性及计算模型参数对稳定性的影响.结果表明,FLAC3D分析边坡的稳定性可行且具有较好的优越性,内聚力、内摩擦角及土体密度对边坡稳定性的影响更加显著.     

渗流对土质边坡稳定性影响分析

根据强度折减有限元法,采用Mohr-Coulomb屈服准则及关联流动法则,以收敛性准则结合特征点位移突变准则作为边坡失稳判据,研究了无渗流、渗流应力耦合及非耦合情况的土质边坡的稳定性.研究表明:1)渗流对边坡稳定性的影响十分明显,无渗流及渗流应力耦合两种情况的均质边坡的最小安全系数分别为1.84、1.115;2)渗流应力耦合效应对边坡稳定的影响极其不利,应该采用耦合方法评价边坡的稳定性,耦合、非耦合情况的最小安全系数分别为1.115、1.28.     

弹塑性土质边坡再生核质点法分析

针对土质边坡的稳定性问题，提出了利用无网格法中的再生核质点法（RKPM）进行弹塑性分析的方法.在介绍RKPM基本理论的基础上，探讨了其近似函数的建立与有限元法的区别，并用Galerkin法对控制方法进行了离散.针对边坡稳定的平面应变问题，假设工程土性质符合Drucker Prager本构关系，基于相关联流动法则，采用强度折减系数法得到了土质边坡在自重作用下的安全系数和失稳变形形式.结果表明，采用该分析方法能克服数值计算中网格畸变，得到的安全系数与极限平衡法结果接近，并能直观反映边坡失稳时的变形状态和形式.