基于ABAQUS二次开发平台的边坡有限元强度折减法研究

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中发挥着举足轻重的作用,但通常的有限元强度折减法采用二分法来获取边坡的安全系数,该方法需要多次试算,效率较低。本文借助ABAQUS软件的二次开发平台UFIELD程序,将软件自带的场变量定义为折减系数,建立场变量分别与软件求解时步和强度参数的关系,方便地实现了基于场变量的边坡有限元强度折减法,此方法仅需一次提交计算分析便可高效地实现边坡安全系数的求解;在基于场变量的边坡有限元强度折减法基础上,依据滑面位置处的等效塑性应变最大这一基本原理,利用不同垂直剖面逐点搜索法,实现了基于最大等效塑性应变的边坡潜在滑动面位置精细化寻找;最后借助两个经典算例,将此套思路确定的潜在滑动面位置、安全系数分别与传统极限平衡M-P法的对应结果进行对比分析,验证了本文思路和方法的有效性。

不同本构模型在开挖边坡有限元强度折减法中的应用

通过不同模型计算所得的开挖边坡安全系数在理论上是一致和统一的,但是边坡特征点位移会由于计算采用的土体本构模型的不同而有很大差异.分别采用能反映真实开挖应力路径的剑桥系列弹塑性本构模型对开挖边坡开展有限元强度折减稳定性分析,然后与采用极限平衡法分析得到的结果进行比较.结果表明,采用不同模型计算得到的边坡稳定性安全系数具有统一性和一致性,但不同模型计算得到的边坡特征点位移不同.采用变形量失稳判据对开挖边坡开展有限元强度折减稳定性分析时必须采用能反映开挖应力路径的本构模型,这样才能结合现场变形观测有效预测开挖边坡工程的土体变形并有效评估开挖边坡的稳定性.

岩质边坡有限元强度折减法的应用研究

分别采用有限元强度折减法和极限平衡法求解假定岩质边坡安全系数,分析了边坡稳定性的影响因素(黏聚力和内摩擦角)对计算结果的影响。对几种含有不同结构面的岩质边坡的岩体和结构面的强度分别折减求解安全系数并进行分析比较,提出了采用有限元强度折减法分析含结构面的岩质边坡稳定性时应进行强度折减的对象。对于有限元强度折减法分析岩质边坡稳定性提出研究重点和方向的合理建议。

基于Phase2的软基边坡有限元强度折减法分析

有限元强度折减法在均质土坡和岩石边坡中已有较多的研究和应用,但对于剪切强度较低的软基边坡应用较少。文章基于Phase2有限元软件针对软基边坡进行研究,选取合适的屈服准则,得出宜采用多条件判断边坡失稳;模型网格节点间距宜取0.5~1m;模型边界范围应以修正后的坡高H来界定。基于此结论,利用有限元强度折减法分析具体工程案例,得出边坡稳定系数和应力应变分布,并据此提出合适的支护桩型式,为此类工程提供借鉴意义。

基于有限元方法的双强度折减技术在边坡稳定性评估中的应用研究

评估边坡稳定性,以尽量减少失稳引起的地质风险,对减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。本文提出了非均质边坡稳定性评价的强度折减法,并构建了相应数值方法。最后,结合传统方法验证了本方法的可行性,并结合实例对该方法进行了应用。

基于有限元强度折减法的重力坝深层抗滑稳定安全性能研究

为了提升重力坝深层抗滑稳定安全性能,本文通过介绍工程背景、重力坝失稳破坏类型以及基于有限元强度折减法的最大剪切强度允许相对位移失稳判据等内容,深入分析了重力坝在复杂地质条件下的稳定性问题。文章首先阐述了岩土体抗剪强度定律,并详细推导了任意斜截面上正应力的计算方法,进而探讨了岩土体的极限平衡条件。在此基础上,本文提出了一种新的失稳判据。研究结果表明:合理设置齿墙参数可以显著提高重力坝的抗滑稳定性,为重力坝的设计与加固提供了科学依据。

有限元强度折减法分析软基边坡稳定性

有限元强度折减法在均质土坡和岩石边坡中已有较多的研究和应用,但应用到强度较低的软基边坡,其模型网格划分和边界条件,与均质边坡有所不同。经对比研究得出软基边坡模型的网格节点密度达到每米2点较为适宜,模型边界应以修正后的坡高H来界定。结合具体工程案例,利用有限元强度折减法复核其稳定,并与极限平衡法进行了对比,结果表明前述网格划分和模型边界设置较为适宜,且有限元强度折减法可以较好的反映边坡应力应变分布。

基于有限元强度折减法的多地层边坡支护模拟研究

为探究不同支护形式对多地层边坡开挖破坏的影响规律,依托贵州某复杂多地层溢洪道边坡工程,基于有限元强度折减理论,开展喷锚+预应力锚索以及锚杆+抗滑桩支护下的多地层边坡开挖模拟,对比模拟与现场监测结果。结果表明:采用锚杆+抗滑桩支护方案优于喷锚+预应力锚索支护方案,稳定安全系数由1.20提升至1.45;锚杆+抗滑桩支护后边坡整体位移从坡顶到坡脚逐渐减小;抗滑桩弯矩值和剪力值的最大值处均位于岩土体结构面或交界面处,锚杆的轴向力从坡顶到坡脚呈现先减小后增大趋势,最大轴向拉力约57.4 kN;采用锚杆+抗滑桩支护后,边坡现场位移监测数据变化速率逐渐减小,现场监测点的最大位移与数值模拟最大位移值基本吻合,证明数值模拟结果的可靠性。

有限元强度折减法下的岩土边坡稳定分析

岩土边坡稳定性分析是岩土工程中的重要课题,传统的极限平衡法存在一些缺陷和不足,难以准确反映边坡的真实破坏状态。采用有限元强度折减法,对一个节理岩质边坡进行了稳定性分析,通过不断降低边坡的强度参数,直到模型发生破坏,计算出边坡的安全系数,并确定了边坡的滑动面;还采用了不同的稳定判断准则,如计算收敛与否、位移突变、塑性区贯通等,综合评价了边坡的稳定性。结果表明,有限元强度折减法可以有效地模拟岩质边坡的破坏过程,考虑了边坡的复杂几何形状、材料非线性、节理裂隙等影响因素,提高了分析的精度和可靠性,为边坡工程设计和施工提供了参考依据。

基于有限元强度折减法的Midas/GTS三维模型露天矿边坡稳定性研究

矿产资源作为世界社会和经济发展的重要物质基础,在各个领域都具有重要的作用。目前,矿石的开采主要分为露天开采和地下开采,露天开采具有安全性高、生产成本低等特点,是许多矿山首先的开采方式。然而随着矿石资源不断向深处开采,深凹露天矿逐渐成为世界上露天矿山的一种发展趋势,在这个过程中出现了大量的高陡边坡,对矿山的安全生产造成了影响。因此,针对露天矿山边坡进行稳定性分析,对于保证矿山安全生产具有重要理论与实际意义。

用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数

利用有限单元法 ,通过强度折减来求边坡稳定安全系数。通过强度折减 ,使系统达到不稳定状态时 ,有限元计算将不收敛 ,此时的折减系数就是安全系数。安全系数的大小与所采用的屈服准则有关 ,本文对几种常用的屈服准则进行了比较 ,导出了各种准则互相代换的关系 ,并采用莫尔 -库仑等面积圆屈服准则代替莫尔 -库仑准则 。

边坡稳定及加固分析的有限元强度折减法

将强度折减理论应用于土质边坡稳定及加固的弹塑性有限元分析中,提出了以某一幅值的总等效塑性应变区,从坡脚到坡顶贯通时为边坡破坏的标准,不但物理意义很明确,而且可以根据边坡临界破坏时的等效塑性应变区确定滑动面位置,并认为此前的折减系数即为边坡的安全系数。对某供水改造工程中边坡的稳定性分析及加固计算表明:该破坏判别标准是适宜的,能够在工程实际中加以运用。

基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析

将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数。将强度折减法应用于边坡稳定性的三维分析,结合工程实例,基于强度折减法的边坡稳定性有限元法和传统极限平衡法的计算结果,对边坡稳定性二维分析和三维分析的结果进行了对比,表明基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析是可行的。在边坡稳定性分析中,为得到更符合实际情况的结果,在有条件的前提下宜补充进行边坡稳定性三维分析。

用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析

通过对节理岩质边坡非线性有限元模型进行强度折减,使边坡达到不稳定状态时,有限元静力计算将不收敛,此时的折减系数就是稳定安全系数,同时可得到边坡破坏时的滑动面以及破坏过程,而传统条分法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数。该方法为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的途径,通过算例表明了此法的可行性。

有限元强度折减法在元磨高速公路高边坡工程中的应用

采用有限元强度折减法对云南省元磨高速公路K301+320～K301+900试验段岩质高边坡稳定性进行了评价,通过有限元强度折减法得到了不同工况下的破坏模式和安全系数,同时得到了框架竖肋的内力大小和分布,并与现场实测数据及传统方法计算结果作了比较分析,其结果对预应力锚索框架设计具有一定的参考意义。

极限分析有限元法讲座——Ⅱ有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨

边坡失稳,滑体滑出,滑体由稳定静止状态变为运动状态,同时产生很大的且无限发展的位移,这就是边坡破坏的特征。有限元中通过强度折减使边坡达到极限破坏状态,滑动面上的位移和塑性应变将产生突变,且此位移和塑性应变的大小不再是一个定值,有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力-应变关系和强度准则的解,此时,不管是从力的收敛标准,还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛。塑性区从坡脚到坡顶贯通并不一定意味着边坡破坏,塑性区贯通是破坏的必要条件,但不是充分条件,还要看是否产生很大的且无限发展的塑性变形和位移,有限元计算中表现为塑性应变和位移产生突变。在突变前计算收敛,突变之后计算不收敛,表征滑面上土体无限流动,因此可把有限元静力平衡方程组是否有解,有限元计算是否收敛作为边坡破坏的依据。-

有限元强度折减法边坡失稳判据的统一性

目前有限元强度折减法边坡稳定性分析中广泛使用的边坡失稳判据主要有3类,即有限元数值迭代不收敛判据、特征部位位移突变判据、广义塑性应变或等效塑性应变贯通判据。对于上述3类判据的选用,一直以来存在较大的分歧。而从本质上看,3类边坡失稳判据具有一致性和统一性。之所以使用不同判据时计算结果表现出差异,是由于人为误判和有限元数值计算误差造成的。在具有足够计算精度的情况下,3类判据所得结果一致。

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。

有限元强度折减法中边坡三种失效判据的适用性研究

采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析时,边坡的安全系数在很大程度上依赖选用的失稳判别标准。通常以特征部位位移的突变性、塑性区的贯通性、数值计算的收敛性作为边坡失稳判据。然而,对这三种判据的适用性学术界一直存在不同看法。以一般边坡和陡边坡作为算例模型,对比分析三种常用的判据判定安全系数的大小。结果表明:对一般边坡三种判据有较好的一致性,陡边坡三种判据存在较大的差异。研究发现:以往用于强度折减法的屈服准则没有考虑拉伸截断,即在强度折减过程中过高的估计了材料的抗拉强度是导致三种判据对应的计算结果存在广泛争议的重要原因,并通过计算钟乳石模型的安全系数对这一结论进行验证。因此,有限元强度折减法中应考虑抗拉强度指标与抗剪强度指标同等地减少,才能保证计算结果的正确性及三种判据的一致性。考虑张拉、剪切破坏的强度折减法在边坡稳定性计算中具有普遍的适用性,是对强度折减法的改进和推动。

用有限元强度折减法进行边坡稳定分析

通过对边坡非线性有限元模型进行强度折减 ,使边坡达到不稳定状态时 ,非线性有限元静力计算将不收敛 ,此时的折减系数就是稳定安全系数 ,同时可得到边坡破坏时的滑动面。传统条分法无法获得岩质边坡的滑动面与稳定安全系数。该方法开创了求岩质边坡滑动面与稳定安全系数的先例。文章对此法的计算精度以及影响因素进行了分析。算例表明采用摩尔 -库仑等面积圆屈服准则求得的稳定安全系数与简化Bishop法的误差为 3%～ 8% ,与Spencer法的误差为 1%～ 4 % 。