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摘要:在有限元强度折减法中,对采用哪种判据作为边坡失稳破坏的依据存在分歧。几种主要判据计算出的结果会产生差异,而对这种差异产生的原因,至今也没有得到统一结论。从分歧的原因出发,对“张拉—剪切破坏强度折减法”进行讨论,即说明“张拉—剪切破坏强度折减法”的合理之处,同时对该法进行改进。在双安全系数的基础上,提出了“三安全系数按照不同程度折减的强度折减法”,即抗剪强度的两个指标和抗拉强度指标均按照不同的安全系数折减。这种考虑三安全系数不同程度折减的方法使得有限元强度折减法更加合理。
关键词:有限元强度折减法;抗拉强度;三安全系数
土质边坡是指具有倾斜坡面的土体,边坡的失稳破坏是边坡领域中必须重点研究的课题。目前,边坡失稳破坏的依据主要有这三种判据:位移的突变性、塑性区的贯通性、数值计算的收敛性[1]。在边坡抗剪强度研究中,粘聚力和内摩擦角按同一安全系数折减的研究较多,按不同安全系数以及考虑抗拉强度折减的研究相对较少。由于粘聚力、内摩擦角和抗拉强度的发挥是不同的,仅仅考虑抗剪强度两指标同步折减的有限元强度折减法有其不足之处,故而对目前的有限元强度折减法改进就显得非常必要。
1 分歧的焦点
采用哪种判据作为边坡失稳破坏的依据是众多研究中分歧的焦点。刘祚秋[2]等用一定幅值的等效塑性应变从坡脚到坡顶上下贯通作为边坡破坏标准。郑颖人[3]等认为塑性区贯通不是破坏的充分条件,而是必要条件,应该把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。刘金龙[4]等认为:有限元数值计算收敛也不一定说明边坡就一定处于安全的状态,建议联合采用特征点处的位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡的失稳判据。
2 分歧的原因
裴利剑[5]等把差异的原因归结为人为产生的误判和有限元数值计算造成的误差。陈力华[6]等认为存在争议的重要原因是过高的使用了材料的抗拉强度值,提出“张拉—剪切破坏强度折减法”,认为材料的抗剪强度安全系数和抗拉强度安全系数都应该同幅度地降低,即抗拉强度和抗剪强度按照同一指标折减:
(1)
同时通过若干算例分析计算,得出了采用抗拉强度与抗剪强度同等折减的强度折减法计算的结果与边坡实际破坏更接近。
3 “张拉—剪切破坏强度折减法”的合理之处
张拉—剪切破坏强度折减法有其合理之处。在一般的边坡,在这种情况下的抗拉强度很小,采用强度折减和拉剪破坏强度折减计算结果变化不大。而在陡边坡中,此时抗拉强度较大,或者是纯粹受拉的结构,采用强度折减法和张拉—剪切破坏强度折减法计算的结果差异较大,文献[6]已通过算例证明张拉—剪切破坏强度折减法更接近实际。
4 对有限元强度折减法的改进
4.1考虑双安全系数折减
关键词:有限元强度折减法;抗拉强度;三安全系数
土质边坡是指具有倾斜坡面的土体,边坡的失稳破坏是边坡领域中必须重点研究的课题。目前,边坡失稳破坏的依据主要有这三种判据:位移的突变性、塑性区的贯通性、数值计算的收敛性[1]。在边坡抗剪强度研究中,粘聚力和内摩擦角按同一安全系数折减的研究较多,按不同安全系数以及考虑抗拉强度折减的研究相对较少。由于粘聚力、内摩擦角和抗拉强度的发挥是不同的,仅仅考虑抗剪强度两指标同步折减的有限元强度折减法有其不足之处,故而对目前的有限元强度折减法改进就显得非常必要。
1 分歧的焦点
采用哪种判据作为边坡失稳破坏的依据是众多研究中分歧的焦点。刘祚秋[2]等用一定幅值的等效塑性应变从坡脚到坡顶上下贯通作为边坡破坏标准。郑颖人[3]等认为塑性区贯通不是破坏的充分条件,而是必要条件,应该把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。刘金龙[4]等认为:有限元数值计算收敛也不一定说明边坡就一定处于安全的状态,建议联合采用特征点处的位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡的失稳判据。
2 分歧的原因
裴利剑[5]等把差异的原因归结为人为产生的误判和有限元数值计算造成的误差。陈力华[6]等认为存在争议的重要原因是过高的使用了材料的抗拉强度值,提出“张拉—剪切破坏强度折减法”,认为材料的抗剪强度安全系数和抗拉强度安全系数都应该同幅度地降低,即抗拉强度和抗剪强度按照同一指标折减:
(1)
同时通过若干算例分析计算,得出了采用抗拉强度与抗剪强度同等折减的强度折减法计算的结果与边坡实际破坏更接近。
3 “张拉—剪切破坏强度折减法”的合理之处
张拉—剪切破坏强度折减法有其合理之处。在一般的边坡,在这种情况下的抗拉强度很小,采用强度折减和拉剪破坏强度折减计算结果变化不大。而在陡边坡中,此时抗拉强度较大,或者是纯粹受拉的结构,采用强度折减法和张拉—剪切破坏强度折减法计算的结果差异较大,文献[6]已通过算例证明张拉—剪切破坏强度折减法更接近实际。
4 对有限元强度折减法的改进
4.1考虑双安全系数折减