邊坡穩(wěn)定有限元分析及程序設(shè)計(jì).pdf

1、極限平衡法雖然已經(jīng)在工程實(shí)踐中得到了大量的應(yīng)用，但是它不能很好地考慮土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，對土條條間力作了各種假定，因此計(jì)算的結(jié)果并不精確，而且不能給出土體的應(yīng)變信息。有限元方法可以考慮土體的真實(shí)應(yīng)力場，可以區(qū)分填筑和開挖邊坡，因而應(yīng)用會更廣泛。本文主要做了一下幾方面的工作。 第一，完善了非圓弧滑面應(yīng)力有限元程序。邊坡穩(wěn)定的有限元方法，是定義了安全系數(shù)并給定一系列初始滑裂面，然后利用有限元軟件比如Geo-slope和ANSYS計(jì)算

2、得到的應(yīng)力場，求解安全系數(shù)。在確定滑面上計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力張量的時(shí)候，本文采用了面積判別法，即首先對每一個四邊形單元(本文全部采用四邊形單元求解計(jì)算)確定其橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的范圍，如果計(jì)算點(diǎn)在這個范圍之外，就跳出對下一個單元進(jìn)行判斷，如果在范圍內(nèi)，那么計(jì)算這個點(diǎn)和四邊形單元四個節(jié)點(diǎn)形成的四個三角形的面積以及四邊形單元的面積，并進(jìn)行求差比較。一個點(diǎn)可能屬于不同的單元的大范圍之內(nèi)，那么最后對這幾個差值比較，最小的即為計(jì)算點(diǎn)所屬的單元，然后利用這個單

3、元四個節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值，構(gòu)造插值函數(shù)求出計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力值。針對非圓弧初始滑裂面不容易給定的問題，將本文的非圓弧滑面應(yīng)力法和瑞典圓弧法相結(jié)合。瑞典圓弧法雖然計(jì)算安全系數(shù)偏低，但是大量的算例證明其搜索得到的最危險(xiǎn)滑面和Bishop法以及其他的極限平衡法非常接近。這里首先用比較簡單的瑞典圓弧法確定最危險(xiǎn)滑面，然后以最危險(xiǎn)滑面以及其附近的一系列圓弧為初始滑面，將這些圓弧離散運(yùn)用HOOKE JEEVES方法進(jìn)行優(yōu)化搜索，最后將得到的安全系數(shù)比較得出最危

4、險(xiǎn)滑裂面。 第二，推導(dǎo)了如何在ANSYS中使用比較準(zhǔn)確的平面應(yīng)變條件下的基于關(guān)聯(lián)流動的Mohr-Coulomb匹配圓DP準(zhǔn)則。目前，通用的有限元軟件使用的土體本構(gòu)模型通常都是：DPl，即Mohr-Coulomb準(zhǔn)則外角點(diǎn)外接圓，但是這樣會高估了土體的承載能力。參考鄭穎人等人的研究成果，實(shí)現(xiàn)了各種DP模型之間的轉(zhuǎn)化。 第三，比較了滑面應(yīng)力有限元方法和Bishop法，有限元強(qiáng)度折減法。不僅僅比較了三種方法的滑裂面位置，安全系