利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性-论文.pdf

《利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性-论文.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、第3期水利水运工程学报No．32014年6月IIYDRO-SCⅡCEANDE1】N豳匝tINGJun．2014利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性孔郁斐，周梦佳，宋二祥，杨军，张龙英，施洪刚，刘剑。(1．清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084；2．中国建筑股份有限公司，北京100000)摘要：降雨条件下的边坡稳定性分析，需要同时考虑水的渗流与边坡内力进行耦合计算。非饱和土的特殊性质增加了计算难度，其渗透性、强度都会随含水量的变化而变化。介绍了非饱和土的有效应力原理，并比较了PL

2、AXIS和Geo．Studio两款软件使用的有效应力原理和破坏准则的异同。PLAXIS软件中用有限元法计算非饱和土的渗流问题，利用简化的Bishop有效应力公式进行固结、变形及边坡稳定性计算，土体本构关系根据需要选用；Geo—Studio软件中也使用有限元法计算非饱和渗流，但其边坡安全系数计算方法为极限平衡法，强度准则为Fredlund双变量理论。最后结合算例详细介绍了PLAXIS软件中进行非饱和土边坡计算的建模方法。算例显示，PLAXIS软件中建立的计算模型可以准确反映降雨过程中边坡安全系数的变化规律。今

3、后的工程设计中，可以考虑使用这一软件进行非饱和土边坡设计计算。关键词：非饱和土；降雨渗流；土坡稳定；耦合计算；PLAXIS软件；Geo—Studio软件中图分类号：TU413．62文献标志码：A文章编号：1009—640X(2014)03—13070-07降雨型滑坡是常见的自然灾害，非饱和土边坡在降雨过程中安全系数逐渐降低。降雨条件下的边坡稳定性计算是渗流分析和受力分析的耦合问题。土的渗透系数、强度都会随其含水量变化而变化，因此瞬态渗流计算和安全系数计算中都必须考虑非饱和土的特殊性质。经过20世纪的发展，非

4、饱和土理论已比较完善_lJ，并向实用化迈进。岩土工程相关的数值计算软件也正逐渐开发与非饱和土有关的功能，比较知名的PLAXIS、Geo-Studio等软件，都能进行非饱和土边坡稳定性计算。Geo．Studio是加拿大开发的用于岩土工程和岩土环境模拟计算的软件，较早涉足非饱和土计算。它包括8个模块，其中SEEP／W模块可进行饱和／非饱和的二维稳态／瞬态渗流计算，得出孔隙水压分布；然后将孔压计算结果导入SLOPE／W模块，利用极限平衡法计算边坡安全系数J。对均质土坡而言，降雨时表层土壤首先浸润，深层土壤受影响较

5、晚，故水分分布不均匀，使用“圆弧滑移面”的假设不一定合适；另外很多坡体本身就不均匀，真实滑移面形状很复杂l4J，基于“圆弧滑移面”假设的极限平衡法不适用，SLOPE／W虽然也能搜索任意形状滑移面，但有时算法不稳定，结果可靠性有待验证。荷兰开发的岩土工程有限元设计计算软件PLAXIS使用“强度折减有限元法”计算边坡稳定性j，计算出的滑移面更接近真实滑移面，因此对非均匀的土坡使用这一方法结果更可靠。PLAXIS可以进行2D／3D的弹塑性计算、渗流计算、固结分析、安全分析、动力计算等，近几年增加了非饱和土的计算功

6、能，其2011版可以将非饱和土渗流计算和安全系数的强度折减有限元计算耦合J，值得探索和尝试。本文将首先介绍非饱和土有效应力原理，这是数值计算的重要理论基础，并对PLAXIS与Geo．Studio进行了比较，接着详细介绍PLAXIS中的建模方法，并结合算例讨论PLAXIS的计算结果。1非饱和土有效应力原理如前所述，边坡的渗流计算、安全系数计算都要考虑非饱和土的特殊性质，问题复杂，影响因素众多，吴收稿日期：2013—11—12作者简介：孔郁斐(1991一)，男，江苏泰兴人，博士研究生，主要从事岩土工程方面的研究

7、。E-mail：kyn2@mails．tinghua．edu．cn第3期孔郁斐，等：利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性71宏伟等]曾就相关的难点、计算方法作过详细的阐释，本文不多介绍。两个相关商业软件的主要区别在于使用的有效应力原理和强度准则不同，本节将重点介绍其区别。饱和土的有效应力原理由太沙基提出[9，该理论认为：①饱和土体内任意一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分，在同一点处水压向各方向都是相等的；②土的变形(压缩)与强度的变化都只取决于有效应力变化，其表达式为：orUf—一

8、U／tw8(1)式中：or为有效应力张量；orf为总应力张量；为孔隙水压力；6ff为Kronecker函数，=．『时8f=1，i≠时=0。有学者将其扩展到孔隙中有多种流体(水、油、气等)的情况l1：noru=or0'一一∑6o(2)，该式又叫“广义有效应力公式”。式中：为第卢种流体的分压，Ot为其分项系数，表征其在总应力中的贡献。不难理解，有多种流体共同存在时，每种流体分压的分项系数％≤1。土是由土骨架、水、空气