PDF《有限元超载作用下土质边坡失稳与破坏模式分析_有限元》

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2 ] 、 极 限分析法[ 3] 、 滑移线法[ 4] 等传统方法被广泛使用. 面对复杂多变的边坡情况, 这些传统方法并没有全 面考虑土体的应力应变关系及变形协调条件. Z i e n k i e w i c z [ 5] 于1975年首次提出强度折减概 念并将 其应用于边坡的稳定性分析, 之后Ugai、Griffths和 L a n e等[

6 7] 推动该方法的发展 和应 用. 由于强度折减有限元法克服了传统方法中的缺点, 可以有效地分析滑动面的移动趋势、 边坡的破坏形 式及破坏机理, 因此越来越多地得到学者们的广泛 研究与应用.近年来, 李荣建等[

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1 0 ] 将强度折减法 引入到非饱和土的范畴进而分析非饱和土边坡的稳 定性, 同时在边坡局部失稳的计算分析中对传递系 数法和强度折减法进行了计算比较. 影响边坡失稳的因素众多且繁杂, 超载作用是 诱发土质边坡失稳的主要因素之一.关于边坡在超 载作用下的稳定性分析已有了一些研究成果, 年廷 凯等[

1 1 ] 对超载作用下的边坡 抗滑桩体系的稳定性 及土拱效应进行了研究;

蒋青青等[

1 2 ] 分析了坡顶超 载情况下的边坡剪胀效应.但是这些成果并没有涉

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3 西安理工大学学报 J o u r n a l o fX i '

a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y (

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1 5 )V o l .

3 1N o .

3 及坡面坡顶超载作用下的边坡失稳及破坏模式转化 问题的研究. 针对目前研究中存在的不足, 本文采用强度折 减有限元法对坡面、 坡顶超载作用下土质边坡的稳 定性进行分析, 探讨土质边坡在不同加载条件下的 稳定性变化及失稳模式的变化规律.

1 强度折减有限元 强度折减有限元的思路就是不断地降低边坡岩 土体的初始黏聚力和摩擦角, 计算直到出现 边坡的 塑性区贯通、 有限元数值计算结果不收敛或者特征 点的位移发生突变 三种情况中的一种或几种, 则此 时的折减系数就是边坡安全系数[

1 3] . 在强度折减有限元法计算中, 折减后的强度参 数 ′ 坪挺 ′ 分别定义如下: 恪= ′ / (1)φ′=t a n -

1 ( t a n φ ′ / ) (

2 ) 式中: 恪坪挺 ′ 分别代替了莫尔 库仑准则中的强度 参数 ′和φ ′, 其中 为强度折减系数. 首先选择初始折减系数, 边坡中每一个单元的 强度按这一折减系数折减并且进行有限元计算, 将 程序计算不收敛作为判断边坡失稳的标准, 此时上 一步的折减系数即为边坡的安全系数[

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1 5] , 相应的 程序流程如图1所示. 图1 强度折减有限元程序计算流程图 F i g .

1 F l o wc h a r to f s t r e n g t hr e d u c t i o nf i n i t ee l e m e n t

2 坡面超载作用下边坡稳定性分析

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1 工程概况 本文选用某均质黄土土坡, 黄土边坡高8

0 m, 土坡坡角是4

5 ° , 黄土边坡如图2所示, 土体物理力 学参数如表1所示. 本文采用强度折减有限元法进行二维数值模 拟, 通过分析边坡在不同加载条件下的位移破坏趋 势图, 从而确定边坡的滑动面, 并分析边坡失稳模式 的转化规律.建立的有限元网格如图3所示, 单元 数16

4 4, 结点数17

5 5, 底部水平和竖直方向都施加 约束, 两侧采用水平方向约束. 图2 黄土边坡轮廓图 F i g .

2 T h e l o e s ss l o p ep r o f i l e 表1 黄土边坡力学参数 T a b .

1 M e c h a n i c a l p a r a m e t e r so f l o e s ss l o p e 重度/ k N・m-3 黏聚力/ k P a 内摩 擦角/ ( ° ) 弹性 模量/ MP a 泊松比