节理岩石地基极限承载力的有限元分析-修改稿

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1、工业建筑文章编号节理岩石地基极限承载力的有限元分析邓楚键，孔位学，郑颖人（后勤工程学院土木工程系，重庆400041）摘要：本文应用有限元法对节理岩石地基进行了数值模拟，其中夹层模型与接触模型的计算结果都比较稳定，计算精度都比较高，但接触模型在建模过程中比较繁琐，故本文采用夹层模型对存在单个节理的岩石地基进行数值分析。其结果表明：有单个节理的地基的极限承载力并不是随着该节理倾角的变化而单调递增或递减的。随着倾角的逐渐增加，极限承载力先是逐渐减少直到一个最小值，而后逐渐增加。节理强度对岩石地基的极限承载力影响很大，但节理倾角比较小或比较大时，节理的强度对计算结果的影响并不显著。另外，节理的位

2、置也有较大的影响，当节理深度距离基础很近时，极限承载力大幅降低。在实际工程中，对于节理岩石地基的极限承载力要慎重分析。关键词：有限元，节理岩石地基，极限承载力中图分类号：TU文献标识码：AAnalysisoftheultimatebearingcapacityofjointedrockfoundationsbyFEMDengChu-jian，KongWei-xue，ZhengYing-ren(DepartmentofcivilEngineering,LogisticalEngineeringUniversity,ChongQing,400041,China)Abstract:Themec

3、hanicalpropertiesofthejointcanbedescribedbythesandwichmodelorbycontactmodelinFEManalyses.TheultimatebearingcapacityofjointedrockfoundationsisanalyzedbyElastic-PlasticFEM.Theresultsshowstheultimatebearingcapacityofjointedrockfoundationsfirstdeceasesandthenincreasesastheobliquityofthejointincreases

4、.Thestrengthofthejointaffectstheultimatebearingcapacityofjointedrockfoundationsgreatlyunlesstheobliquityistoosmallortoolarge.Thelocationofthejointalsoaffectstheultimatebearingcapacityofjointedrockfoundations.Inengineeringpractice,theeffectsofjointshouldbeconsideredcarefully.Keywords:FEM;jointedro

5、ckfoundations;theultimatebearingcapacityoffoundations工业建筑1引言岩石地基承载力的确定对岩体稳定及建筑物安全是非常重要的。各建设部门的地基规范(例如交通部、建设部和水利部等)都列出了岩体承载力的取值数据，从这些表中可以看到，岩石地基的容许承载力数值只有室内岩块单轴极限抗压强度值的几分之一到几十分之一[1]。目前的分析方法是把岩石看成均质的，到处都有均等的强度，而真实岩体存在有各种节理裂隙，节理裂隙底强度远低于岩块的强度。岩体节理裂隙通常有二类：一类是成组出现的遍节理岩体，另一类是单个节理。本文基于大型有限元计算软件ANSYS，对存在单

6、个节理的岩基进行了数值模拟求解。2有限元数学模型2.1岩块本构模型标题极限承载力问题，实际上是强度问题，运用理想弹塑性模型即可获得比较精确的解答。但极限承载力的大小与所选用屈服准则却密切相关。摩尔－库伦屈服准则可很好的描述大多数岩土材料的强度特性，因此本文采用摩尔－库伦屈服准则。由于M-C屈服准则的屈服面为不规则的六角形截面的角锥体表面，存在尖顶和棱角，给有限元计算来很大的不便,为此需要修正。本文中所用软件ANSYS采用的是广义米赛斯准则，其通式为：、为与、有关的参数，变换、值就可在有限元中实现M-C系列修正的屈服准则[2]工业建筑。从公式推导过程看，在平面应变条件下，M-C内切圆屈服准

7、则采用关联流动法则时与M-C屈服准则是一致的[3,4]，有很高的计算精度，因此本文选择M-C内切圆屈服准则作为岩块的屈服准则。2.2节理模拟合理地分析和模拟节理的力学特性和破坏机制一直是工程界和学术界关注的热点问题。本文基于大型有限元软件ANSYS，拟采用夹层模型或接触模型来进行节理的数值模拟。2.21夹层模型假设结构面有一定的厚度（即岩块中存在夹层），采用与岩块相同的常规实体单元，本构关系与屈服准则也与岩块的一致，只是强度参数（粘