基于广义Hoek-Brown准则的瞬时线性化强度折减技术

广义Hoek-Brown(HB)准则广泛应用于岩体的计算和分析,然而,广义HB准则是典型的非线性强度准则,不能直接在有限元强度折减法中采用来开展岩体的稳定性分析。针对这一问题,开展瞬时线性化研究,根据已有的应力状态将HB强度包线上一点的抗剪强度转化为该点切线对应的黏聚力和内摩擦角,并提出了两种瞬时线性化强度折减方案:(1)基于弹塑性分析获得的应力场,对每个应力点专属的瞬时Mohr-Coulomb(MC)强度参数进行折减,相应的方法记为Point-IL-SSRFEM;(2)由于传统有限元法要求单元的抗剪强度参数保持不变,在每个单元上各个应力点获得瞬时MC强度参数后,对这些参数进行单元均一化处理并进行折减,相应的方法记为Element-IL-SSRFEM。基于岩质边坡算例,对比和评述了三参数等比折减技术和瞬时线性化强度折减技术。数值分析结果表明:与Element-IL-SSRFEM相比,Point-IL-SSRFEM对网格划分的要求较低,计算精度和计算效率相对较高;与三参数等比折减相比,Point-IL-SSRFEM的计算精度高、计算性能稳定。因此,推荐使用Point-IL-SSRFEM来分析岩质边坡的稳定性。

基于二阶锥规划理论的有限元强度折减法及应用

针对岩土体稳定性问题,常用的方法有极限平衡法和有限元强度折减法等。传统的有限元强度折减法通常需设置很大的最大允许非线性迭代次数(如200或500),计算耗时严重,此外,采用的平衡迭代和应力积分算法可能导致岩土体塑性区计算不够准确,进而影响稳定性分析结果。提出一种二阶锥规划有限元强度折减法,该方法基于Hellinger–Reissner混合变分原理和有限元法,将岩土体弹塑性问题构造成基于有限元框架的二阶锥规划问题,结合强度折减技术来分析岩土体稳定性。将该新方法应用于平面应变岩土体稳定性分析,结果表明:与传统的有限元强度折减法相比,新方法结果可靠,但其计算效率更高,所获得的塑性区更加平滑。

须弥山石窟5号窟窟檐的地震动力响应模拟

受自然环境的影响,宁夏须弥山石窟5号窟窟檐周边岩体风化严重,构造裂隙和卸荷裂隙发育,岩体的力学性质变差,直接威胁石窟窟檐和大佛的安全。为研究须弥山石窟5号窟窟檐的地震动力响应,根据现场勘察和倾斜摄影数据,建立了须弥山石窟5号窟的三维实体数值模型,并利用通用有限元软件ABAQUS对石窟造像及窟檐的地震动力响应进行了数值模拟计算,重点分析了石窟窟檐整体在地震作用下的应力场和位移场,进而利用应力等值线图结合现场调查判断了石窟窟檐整体可能产生的破坏模式。结果表明:在静力条件下,石窟窟檐局部产生应力集中,位移及应变都较小;在极端地震荷载作用下,石窟窟檐整体发生较大的不均匀沉降和滑动,威胁大佛的安全;石窟窟檐上的最大主应力和最小主应力数值都较大,石窟窟檐整体的破坏模式为拉张-倾倒破坏;在地震荷载作用下,地震波在混凝土中经过折射、反射、叠加,导致石窟窟檐中部的加速度放大系数比窟檐两侧的大,且石窟窟檐左侧的加速度放大系数大于右侧。该研究结果可为须弥山石窟5号窟窟檐加固设计提供科学依据。