不同屈服條件下邊坡應(yīng)力變形規(guī)律的有限元分析.pdf

1、邊坡穩(wěn)定性分析是巖土力學(xué)與工程中最重要的理論與實(shí)踐課題之一,也是經(jīng)典土力學(xué)最早試圖解決而至今仍未圓滿解決的課題。近十年來，我國新建了許多水利水電設(shè)施、礦山、港口、高速公路、鐵路等工程，它們在建設(shè)中及建成后，形成了大量的邊坡穩(wěn)定性問題，特別是西部多山地區(qū)。公路、鐵路沿線存在大量邊坡，其穩(wěn)定與否，對整個工程的可靠性、安全度以及社會經(jīng)濟(jì)效益均有重大影響。然而，目前國內(nèi)外對于不同屈服條件下的邊坡穩(wěn)定性分析的研究報(bào)道和相關(guān)文獻(xiàn)還為數(shù)不多。因此，進(jìn)

2、一步深入開展不同屈服條件下邊坡穩(wěn)定性分析的研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 邊坡的破壞往往伴隨著很大的位移和塑性應(yīng)變，因此，采用傳統(tǒng)的小變形有限元方法計(jì)算無疑誤差較大。在平面應(yīng)變條件下，基于彈塑性大變形理論，用力控制方法來控制其收斂性，定性分析了單元類型、網(wǎng)格劃分、剪脹角和彈性模量等對于邊坡應(yīng)力變形規(guī)律的影響，同時(shí)對比了大、小變形下邊坡塑性應(yīng)變差異。大變形理論能夠處理幾何非線性和材料非線性問題，這樣，既考慮了土體的

3、材料非線性又考慮丁其幾何非線性。因而，采用非線性大變形有限元分析土坡是很有必要的。本論文基于大型商業(yè)化有限元軟件ANSYS進(jìn)行邊坡應(yīng)力變形分布規(guī)律的數(shù)值模擬，一方面是加深對邊坡的漸近破壞機(jī)理的認(rèn)識，另一方面是為了構(gòu)造給定滑動面上的正應(yīng)力。主要完成的內(nèi)容包括：計(jì)算模型的建立；本構(gòu)方程的選擇：屈服準(zhǔn)則、流動法則、硬化定理的選擇；M—C屈服準(zhǔn)則的等效及在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，基于大型商業(yè)化有限元軟件ANSYS，根據(jù)“平面上D—P屈服

4、準(zhǔn)則與M—C屈服準(zhǔn)則4種不同擬合關(guān)系，通過土體強(qiáng)度參數(shù)的轉(zhuǎn)換，在ANSYS中實(shí)現(xiàn)了4種不同屈服準(zhǔn)則。在此4種不同屈服條件下，模擬得出了土坡的各種應(yīng)力分布、應(yīng)變和位移及其分布圖，為課題的下一步開展提供了基礎(chǔ)信息。同時(shí)對影響其應(yīng)力變形的因素(如單元類型、邊界條件、邊界范圍、網(wǎng)格劃分、剪脹角、彈性模量等)進(jìn)行了定性的考核，得出了一些有益的結(jié)論。本文對ANSYS軟件做了簡單的介紹，并對計(jì)算所選的材料模型做了說明，重點(diǎn)模擬了一個給定的邊坡對其應(yīng)力

5、變形規(guī)律進(jìn)行分析具體做法是在平面應(yīng)變條件下。對一均質(zhì)土坡，在自重條件作用下，采用大、小變形有限元在關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)流動法則下，分析了邊坡的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。同時(shí)對比了在四種不同組合時(shí)，應(yīng)力、應(yīng)變的分布，塑性區(qū)范圍的大小。最后定性分析了單元類型、網(wǎng)格劃分、剪脹角和彈性模量對邊坡應(yīng)力變形規(guī)律的影響，并對比了大、小變形下邊坡塑性應(yīng)變差異。研究表明，對于巖質(zhì)邊坡以及硬質(zhì)土坡，采用小變形有限元分析理論能夠較好反映邊坡應(yīng)力變形規(guī)律。而對于軟土，應(yīng)用大變