基于ABAQUS強(qiáng)度折減法邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

有限元強(qiáng)度折減法在邊坡穩(wěn)定分析中得到廣泛應(yīng)用。以abaqus為平臺,通過控制強(qiáng)度參數(shù)隨場變量的變化實現(xiàn)土體強(qiáng)度參數(shù)折減,一次計算即可求得穩(wěn)定系數(shù)。重點(diǎn)分析了場變量步距大小對邊坡穩(wěn)定系數(shù)的影響。結(jié)果表明:在進(jìn)行強(qiáng)度折減時應(yīng)當(dāng)采用小步距的場變量擬合強(qiáng)度參數(shù)折減曲線。

貴州高速公路建設(shè)過程中形成了大量淺變質(zhì)巖邊坡。通過系統(tǒng)分析影響貴州淺變質(zhì)巖邊坡穩(wěn)定性的主要因素,以工程實例進(jìn)一步揭示淺變質(zhì)巖邊坡的變形破壞機(jī)理。分析表明,影響貴州淺變質(zhì)巖邊坡穩(wěn)定性的主要因素包括地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)部因素,以及水的作用、風(fēng)化作用、人類工程活動等外部因素；持續(xù)降雨入滲導(dǎo)致邊坡巖土體容重增加和抗剪強(qiáng)度降低是造成大量邊坡失穩(wěn)的主要因素之一。

以鐵路路堤邊坡為研究對象,對路堤邊坡在降雨、加筋及邊坡防護(hù)等不同影響因素下進(jìn)行了數(shù)值模擬研究.結(jié)果表明:邊坡在無加固措施時,邊坡的穩(wěn)定性隨降雨深度的變化并不是線性關(guān)系,而是呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律；路堤邊坡淺層加筋能夠?qū)吰碌臏\層滑移起到較好的抑制作用,但邊坡淺層加筋是一種被動的防護(hù)方式,當(dāng)邊坡有主動防護(hù)發(fā)揮作用后,筋材的發(fā)揮系數(shù)會減弱；邊坡在淺層加筋和邊坡防護(hù)綜合加固措施下,其穩(wěn)定性得到較大提高,同時邊坡防護(hù)能夠阻止或抑制各種不利因素對路堤邊坡引起的破壞,而且能增加邊坡的穩(wěn)定性.研究結(jié)果可為同類地區(qū)的工程建設(shè)及設(shè)計提供相應(yīng)參考.

建立巖土邊坡物理模型,選擇強(qiáng)度折減法進(jìn)行混合土邊坡穩(wěn)定性判別,對梯型邊坡進(jìn)行流變特性分析。結(jié)果表明,邊坡抗剪強(qiáng)度參數(shù)隨著黏聚力和內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)線性增長趨勢,隨著剪脹角增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,隨著彈性模量和泊松比增大基本保持不變,隨著坡角增大呈現(xiàn)不斷減小的趨勢,為實際工程建設(shè)提供了理論指導(dǎo)。

通過有限單元強(qiáng)度折減法對土體強(qiáng)度c,值進(jìn)行折減,得出降雨前后的黃土邊坡安全系數(shù)及土坡破壞面形狀,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了降雨條件下土坡的破壞機(jī)理,為以后類似實際工程提供一定的科學(xué)依據(jù)。

考慮到實際工程邊坡穩(wěn)定位移監(jiān)測的重要性,以及強(qiáng)度折減法穩(wěn)定性分析方法在對強(qiáng)度參數(shù)折減的同時,未能兼顧到變形參數(shù)隨強(qiáng)度折減變化的影響,基于變形參數(shù)彈性模量和泊松比折減原理,結(jié)合flac3d有限差分軟件,對某在建高速公路邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析,建立不同折減系數(shù)下對應(yīng)邊坡位移關(guān)系。

邊坡穩(wěn)定性影響因素及評價方法

基于強(qiáng)度折減法,運(yùn)用有限元分析軟件adina建立非均質(zhì)多級邊坡計算模型并進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)合邊坡各計算工況的安全系數(shù)和塑性區(qū)范圍,分析了邊坡級數(shù)、平臺寬度以及單級坡率等因素對邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:增加邊坡級數(shù)、平臺寬度或放緩坡率可有效提高邊坡的穩(wěn)定性;增加邊坡級數(shù)和放緩下級邊坡坡率,可將邊坡整體破壞分解為局部破壞;邊坡平臺設(shè)在中下部對邊坡穩(wěn)定性更有利;若改變單個平臺寬度或單級坡率,增加下部平臺寬度和降低下級邊坡坡率對提高邊坡穩(wěn)定性更顯著。

強(qiáng)度折減法是邊坡穩(wěn)定性分析中重要的方法之一,在巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛.為分析邊坡土層性質(zhì)對其穩(wěn)定性影響,基于強(qiáng)度折減法采用有限元軟件對不同土層條件下公路邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究.結(jié)果表明,隨強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力降低,邊坡穩(wěn)定性逐漸降低,且邊坡穩(wěn)定性對內(nèi)摩擦角變化更為敏感.

闡述了有限元強(qiáng)度折減法的基本原理,利用強(qiáng)度折減法對尾礦壩進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定計算,同時通過簡化畢肖普法和瑞典圓弧法對其結(jié)果進(jìn)行了對比分析,證明基于有限元理論的強(qiáng)度折減法的計算結(jié)果是可信的,其安全系數(shù)值可以作為定量判斷的依據(jù)。

為了評價某山坡露天礦邊坡的穩(wěn)定性,應(yīng)用有限差分強(qiáng)度折減法,對該礦山人工邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了計算分析,并與傳統(tǒng)的極限平衡法的計算結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明,由于有限差分強(qiáng)度折減法克服了極限平衡法未能考慮材料本構(gòu)關(guān)系的不足,因而更能實際的模擬邊坡計算模型,更客觀的分析邊坡的穩(wěn)定狀態(tài),求得的邊坡安全系數(shù)更為合理。

將有限元強(qiáng)度折減法應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定分析中,探討了該方法的基本原理、安全系數(shù)的定義、屈服準(zhǔn)則和失穩(wěn)判據(jù)等。采用強(qiáng)度折減法對某邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析,并與傳統(tǒng)極限平衡法求得的安全系數(shù)進(jìn)行對比。計算結(jié)果表明,采用塑性區(qū)貫通或特征點(diǎn)位移突變?yōu)槭Х€(wěn)判據(jù)確定的安全系數(shù)與傳統(tǒng)極限平衡法的計算結(jié)果很接近,表明有限元強(qiáng)度折減法能夠滿足工程應(yīng)用。建議在有限元強(qiáng)度折減法中聯(lián)合采用塑性區(qū)貫通和特征點(diǎn)位移突變作為邊坡的失穩(wěn)判據(jù)。

結(jié)合某公路邊坡實例，運(yùn)用大型有限元軟件midas/gts建立邊坡的平面應(yīng)變二維模型，基于有限元強(qiáng)度折減法，對錨桿加固前后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，主要分析了錨桿加固前后邊坡塑性破壞區(qū)以及安全系數(shù)的變化；同時著重討論了錨固長度、錨桿間距、傾角等因素對邊坡整體穩(wěn)定性的影響，對影響邊坡整體穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了敏感性研究，分析了各因素與邊坡安全系數(shù)之間的規(guī)律。

首先對利用有限差分強(qiáng)度折減法判斷邊坡失穩(wěn)的準(zhǔn)則進(jìn)行了分析,以某擬建水電站壩頭巖石高邊坡變形體為實例,在現(xiàn)場勘察的基礎(chǔ)上,利用flac3d數(shù)值模擬對該高邊坡蓄水前后的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并利用強(qiáng)度折減法求出安全系數(shù)。結(jié)果表明,實例高邊坡在蓄水前后整體上處于穩(wěn)定,另外驗證了利用有限差分強(qiáng)度折減法可以定量地解決巖體邊坡的穩(wěn)定問題。

針對貴州省烏木鋪巖質(zhì)高邊坡,采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析。由于該坡體內(nèi)巖體天然特性不均勻,存在各種節(jié)理與結(jié)構(gòu)面,而其穩(wěn)定性則主要由節(jié)理與結(jié)構(gòu)面所控制。根據(jù)該高邊坡高、陡、險等特點(diǎn),建立高邊坡的變形破壞分析模型,綜合采用有限元強(qiáng)度折減法和極限平衡法對其潛在變形破壞模式、高邊坡穩(wěn)定性等進(jìn)行詳細(xì)研究,對比分析兩者分析結(jié)果,合理評價該高邊坡的整體穩(wěn)定性,并在此基礎(chǔ)上提出高邊坡加固方案。

基于動態(tài)和整體強(qiáng)度折減法,運(yùn)用ansys、flac3d構(gòu)建模型,對西南某巖質(zhì)邊坡不同工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行動態(tài)分析。結(jié)果表明,坡體易沿泥巖、砂巖層內(nèi)節(jié)理裂隙產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害;整體強(qiáng)度折減法得出的塑性區(qū)域過大,與實際情況不符,動態(tài)強(qiáng)度折減法得出的塑性區(qū)域與實際情況相符;坡體在自然條件下較為穩(wěn)定,但在降雨條件下邊坡安全系數(shù)小于極限值,有發(fā)生失穩(wěn)的危險。

文章結(jié)合某路塹高邊坡工程,采用有限元方法建立高邊坡平面應(yīng)變模型并且進(jìn)行強(qiáng)度折減,系統(tǒng)研究了影響高邊坡穩(wěn)定性的因素并對高邊坡進(jìn)行了初步設(shè)計。結(jié)果表明:強(qiáng)度折減法可以通過分析節(jié)點(diǎn)水平位移從而分析邊坡的穩(wěn)定性。

由于有限元強(qiáng)度折減法十分貼近工程設(shè)計，在路塹邊坡穩(wěn)定分析中具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。本文對s216線公路路塹高邊坡采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析，為高邊坡的加固方案提出了建議。

工程上常采用極限平衡法分析邊坡的安全穩(wěn)定性,但由于極限平衡法的局限性,使得計算結(jié)果只能反映邊坡安全系數(shù)的大小,不能確定邊坡在施工各個階段的變形穩(wěn)定情況,因此以永寧高速公路邊坡為研究對象,通過plaxis有限元強(qiáng)度折減法對邊坡施工過程中可能產(chǎn)生的變形、位移進(jìn)行模擬分析,得到分步施工狀況下,施工各階段邊坡的變形圖以及整體的安全系數(shù),并將結(jié)果與極限平衡法計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:邊坡的安全系數(shù)隨著坡體的逐級開挖會不斷降低,需及時進(jìn)行支護(hù)加固,強(qiáng)度折減法所確定的邊坡最終滑動面形狀與極限平衡法計算結(jié)果較為一致,且安全系數(shù)差值僅為3%,從而也驗證了強(qiáng)度折減法對于分步施工邊坡安全穩(wěn)定性分析的適用性與正確性。

工程上常采用極限平衡法分析邊坡的安全穩(wěn)定性,但由于極限平衡法的局限性,使得計算結(jié)果只能反映邊坡安全系數(shù)的大小,不能確定邊坡在施工各個階段的變形穩(wěn)定情況,因此以永寧高速公路邊坡為研究對象,通過plaxis有限元強(qiáng)度折減法對邊坡施工過程中可能產(chǎn)生的變形、位移進(jìn)行模擬分析,得到分步施工狀況下,施工各階段邊坡的變形圖以及整體的安全系數(shù),并將結(jié)果與極限平衡法計算結(jié)果進(jìn)行對比分析.結(jié)果表明:邊坡的安全系數(shù)隨著坡體的逐級開挖會不斷降低,需及時進(jìn)行支護(hù)加固,強(qiáng)度折減法所確定的邊坡最終滑動面形狀與極限平衡法計算結(jié)果較為一致,且安全系數(shù)差值僅為3％,從而也驗證了強(qiáng)度折減法對于分步施工邊坡安全穩(wěn)定性分析的適用性與正確性.

針對山西某高填土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析,利用zsoil有限元軟件,基于強(qiáng)度折減法對該場地高填土邊坡4個典型剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算,并與傳統(tǒng)極限平衡法計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：有限元軟件作為邊坡穩(wěn)定性分析的輔助工具,可有效提高邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果的可靠性,特別適用于難以確定滑裂面形狀和位置的邊坡,基于有限元的邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果與傳統(tǒng)極限平衡法相差不大,兩種方法得到的滑裂面的形狀和位置基本吻合,利用該軟件進(jìn)行高填土邊坡穩(wěn)定性分析是可靠的.

基于abaqus軟件在巖土分析計算中的應(yīng)用,采用強(qiáng)度折減法討論了忽略剪脹角的均質(zhì)邊坡和考慮軟弱夾下臥層二種工況下某邊坡的安全系數(shù)。結(jié)果表明:隨著折減系數(shù)的不斷增大并達(dá)到某一數(shù)值時,邊坡內(nèi)塑性應(yīng)變自坡底向坡頂貫通,邊坡達(dá)到極限狀態(tài),此時的折減系數(shù)即為安全系數(shù);有限元強(qiáng)度折減法對邊坡穩(wěn)定性分析具有良好的適用性;采用強(qiáng)度折減法無須預(yù)先假設(shè)滑動面位置。