基于强度折减法的靠崖式黄土窑洞稳定性分析

靠崖式黄土窑洞是西北黄土高原典型的传统民居形式,合理保护黄土窑洞具有重要的政治意义和生态意义。基于ABAQUS有限元分析软件,分别建立了靠崖式黄土窑洞的平面模型和三维模型,并通过强度折减法对既有窑洞的安全性进行分析,得出了既有窑洞的安全系数和塑性区发展规律。窑洞的平面模型分析表明:其仅能发生洞室的失稳破坏,塑性区自窑腿根部呈"U"型向上扩展,经综合判断其安全系数为2. 40;三维窑洞模型分析表明:其可能出现洞室失稳和边坡失稳两种破坏情况,因窑洞模型的跨高比较小,窑洞在因拱券坍塌而失稳破坏前即因边坡失稳而破坏,塑性区仍起源自窑腿根部,但其后沿纵向从坡脚向坡顶发展,经综合判断其安全系数为2. 00。窑洞的安全系数取决于洞室安全系数和所在边坡安全系数的较小值。以有限元数值分析的收敛性作为判定结构失稳的依据得到的安全系数较大;而通过塑性区贯通和关键结点位移突变得到的安全系数则更为合理且具有较高的一致性。建议在黄土窑洞稳定性分析中,综合采用潜在滑动面塑性区贯通和关键结点位移突变作为失稳判据。