基于强度折减法的边坡安全系数求解及精度影响因子分析.pdf

《基于强度折减法的边坡安全系数求解及精度影响因子分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、煤矿现代化2011年第4期总第103期基于强度折减法的边坡安全系数求解及精度影响因子分析夏仲远，马从安，赵守鹏(中国矿业大学矿业工程学院。江苏徐州221116)摘要本文介绍了FLAC3D中强度折减法的基本原理和边坡安全系数求解的实现过程，基于实例分析，从剪胀角、抗拉强度、网格疏密程度及边界范围四个方面探讨了这些因素对FLAC3D强度折减法计算结果的影响，为FLAC3D边坡稳定性分析中强度指标的选择提供理论依据。关键词FLAC3D；强度折减法；边坡安全系数；强度指标中图分类号：TD313~．3文献标志码：A文章编号：1009—0797

2、(2011)04—0036—03(2)强度折减后的计算过程已运行了6个典型l强度折减法时步N作为计算终止条件。1．1强度折减法基本原理计算过程中，只要满足上述三个标准中的任何强度折减法中边坡稳定的安全系数定义为：使一个，便退出当前计算。这样做的目的主要是为了边坡刚好达到临界破坏状态时，对岩、土体的抗剪控制整个强度折减法循环计算过程的求解时间。因强度进行折减的程度，即定义安全系数为岩土体的为即使对单次计算采用更严格的计算终止条件，也实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的只会成倍增加计算时间，不会对最终结果精度的提比值。强度折减法的

3、要点是利用公式1和公式2来高产生多大效果。调整岩土体的强度指标c和(式中C为折减后2影响因子分析的粘接力，为折减后的摩擦角，F为折减系数)，然后对边坡稳定性进行数值分析，不断地增加折减2．1分析模型即参数指标系数，反复计算，直至其达到临界破坏，此时得到的采用分析模型示意图和物理、力学参数指标为折减系数即为安全系数FS。此外，在FLAC3D中采基础数据，进行实例分析，如图1、表1所示。用强度折减法时，除折减抗剪强度参数外，用户也卜．——可以选择是否对界面单元(interface)强度参数和抗拉1I强度盯t进行折减。Cr=C／F~(1)

4、13mlIrmtan((tan)／F)(2)1．2实现过程』20m在FLAC3D中求解安全系数时，单次安全系数的计算过程主要以数值计算的收敛性作为失稳判图1分析模型示意图据。假设数值计算模型所有非空区域都采用摩尔一表1物理、力学参数指标库伦本构模型，便可使用命令Solvefos来求解安全系数：首先，通过给粘结力设定一个大值来改变内部应力，以找到体系达到力平衡的典型时步Nr；接2．2安全系数求解着，对于给定的安全系数Fs，执行N时步，如果体系FLAC3D内置的强度折减法使安全系数的求解不平衡力与典型内力比率R小于10-3，则认为体系实

5、现起来并不复杂。依据分析模型(见图1)和物理、达到力平衡。如果不平衡比率R大于1O，再执行力学参数(见表1)，通过生成有限差分网格、设置本Nr时步，直至R小于104后退出当前计算，开始新构特性与材料参数、设置边界条件与初始条件等一一轮折减计算过程。除上述以力不平衡比率小于系列操作运算，得到安全系数、剪切应变增量云图10。作为终止条件外，FLAC3D还采用：及速度矢量图，如图2。(1)前后典型时步计算结束时的不平衡力比率为了缩短求解时间，模型运算过程中安全系数R差值小于10％。求解采用“二分法”，对其内置强度折减法进行改国家科技重大专

6、项项目(2008ZX05055)·36-煤矿现代化2011年第4期总第103期进，运算过程中安全系数自定义为ks。表4为采用不同抗拉强度时，计算得到的安全系数。从表中可以看出，尽管抗拉强度的变化幅度很大，从lkPa107kPa，安全系数变化却很少，这表明强度折减法的计算结果对抗拉强度这一因素并不敏感。表4采用不同抗拉强度得到的安全系数t(kPa)1×10l×101×1051×1041000100101安全系数105l051．051．051．051．051．031．03图2安全系数、剪切应变增量云图及速度矢量图2．3．3网格疏密程度运

7、算结果：如图所示，ks=1．039062500000e+000，将基准方案中的网格加密一倍后，得到的安全系即模型边坡安全系数为1．04。数、剪切应变增量云图及速度矢量图，如图3所示。2‘3精度影响因子分析尽管强度折减法只对抗剪强度参数e和进行折减，但由于其基于数值模拟技术，相对极限平衡方法而言，要输入更多的强度参数。此外，还受到某些因素如网格、边界范围等因素的影响，因此有必要评估这些因素对计算结果的影响。由于在实际工程分析时，变形参数(杨氏模量E、泊松比)往往是给定的，而剪胀角及抗拉强度较少提供，因此，图3加密网格后得到的安全系数、

8、剪切应变增量云图接下来主要从剪胀角、抗拉强度、网格疏密程度及及速度矢量图边界范围等方面初步探讨这些因素对FLAC3D强运算结果：如图所示，ks=1．023437500000e+000，度折减法计算结果的影响。以上例为基础，通过单即模型