有限元极限分析法在边坡中的应用ppt课件.ppt

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1、有限元极限分析法在边坡中的应用重庆市地质灾害防治工程技术研究中心中国人民解放军后勤工程学院教授郑颖人弹性状态—材料受力后变形，但可恢复.材料满足屈服准则，进入塑性。塑性状态—材料出现不可恢复的塑性变形材料满足破坏准则，材料分离破坏。破坏状态—目前尚无破坏准则，但材料整体破坏可采用极限分析法材料的受力过程一、有限元极限分析法经典极限分析法适用工程设计但需要事先知道破坏面，适应性差有限元法适应性广,但无法算安全系数有限元极限分析法,既适用于工程设计,且适应性广特别适用于岩土工程设计（边(滑)坡、地基、隧道）1、有限元极限分析法的原理安全系数定义强度储备安全系数边坡体的垂直条分法2、有

2、限元强度折减法有限元强度折减法不断降低岩土C、值，直到破坏。自动生成破坏面，给出破坏信息。强度降低，破坏面自动形成可求安全系数，还可求破坏面剪切应变增量云图a.滑面塑性区贯通b.滑动面上的位移与应变将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动c.有限元计算都不收敛，采用力或位移不收敛作为边坡破坏判据直线滑动面3、有限元中边坡破坏的判据滑面上节点水平位移随荷载的增加而发生突变两种算法安全系数比较1、具有两组平行节理面的岩质边坡两组方向不同的节理，第一组软弱结构面倾角30度，第二组软弱结构面倾角75度.二、有限元极限分析法在岩石边坡中的应用计算结果首先贯通的滑动面滑动面继续发展2.岩

3、土质二元边坡稳定分析结构面强度参数取c=10ｋＰａ、φ=20°结构面强度参数取c=30ｋＰａ、φ=30°3岩质边坡倾倒稳定分析(离散元)结构面倾角３０°强度折减系数1.30结构面倾角2０°，安全系数1.96三维楔形体的计算非对称楔形体模型非对称楔形体计算等效塑性应变图有限元强度折减法安全系数为1.60，用理正岩土系列软件计算安全系数为1.636。两者的计算误差为2.2%。4.三维边坡稳定分析5、边坡分类与破坏特征(11类)类均质土边坡(可视、动态、定量)顺层边坡破坏特征示意图溃屈边坡破坏特征示意图双向顺层边坡破坏特征示意图三维楔形体边坡破坏特征示意图切层边坡破坏特征示意图倾倒边坡

4、破坏特征示意图堆积层边坡破坏特征示意图岩土二元边坡破坏特征示意图软岩挤出边坡破坏特征示意图三、有限元极限分析法在抗滑桩设计中的应用抗滑桩设计中存在的问题:1、无法计算桩前抗力（假设为0或剩余抗滑力）2、无法计算推力分布规律3、不能进行桩长设计4、不能计算埋入式抗滑桩的推力与抗力5、不能计算多排抗滑桩与抗滑桩间距1、滑坡推力与桩前抗力的计算重庆市奉节县内分界梁隧道滑坡，抗滑桩截面尺寸为2.4m×3.6m。表1材料物理力学参数采用实体单元模拟或梁单元模拟桩不同方法滑坡推力与桩前抗力1、三种算法，滑坡推力基本一致；2、实体单元法与梁单元法抗力与实际推力相近，不平衡推力法相差大；2推力

5、与抗力的分布规律计算机可显示滑面以上桩后推力与桩前抗力的水平应力分布。图5推力分布图6抗力分布3、抗滑桩长度的确定目前设计中缺乏桩长设计a.桩长延伸到地面是否能确保边坡的稳定；b.桩长延伸到地面是否必要会不会造成浪费。安全系数1.0桩长变化与滑动面的位置桩长：7米9米11米安全系数:1.141.171.19桩增长,滑面升高、安全系数增加桩长:15米17米19米安全系数:1.191.191.23桩长:21米23米25米安全系数:1.251.291.34合理桩长:桩长安全系数大于设计安全系数-----------------------------------------------

6、-----------设计要求安全系数1.15桩长与内力关系:桩缩短，弯矩、剪力降低模型尺寸:3.5×2.8×2.02米模型桩长:2.2米,1.8米,1.5米,1.2米抗滑桩室内模型试验模型计算与数值计算五个相同(1)当试验加载到破坏，荷载相同(2)破坏面相同(3)沉埋桩顶上土体受力相同(4)桩上推力与分布相同(5)桩上抗力与分布相同云阳分界梁隧道出口段滑坡1、工程概况两条隧道通过滑坡地段平面布置图合理桩长的确定断Ⅱ地质剖面图桩长24m，滑坡的稳定性已达到设计安全要求已应用于云阳、武隆、奉节五个工地，节省桩费用30~60%埋入式抗滑桩与全长抗滑桩的比较比值桩长缩短22m47.8%

7、推力减少725KＮ／m16%弯矩减少123400KN.m36%节省费用1000万武隆滑坡图每个剖面上4排桩，3排为埋入式桩，节省投资6千余万元。四、有限元极限分析法在加筋土挡墙应用,60米高加筋土边坡是重大突破规范采用经验法计算，坡高小于20米广西河池机场节省经费约六千万已稳定三年某机场百米高边坡方案比较原方案：无加筋土，自然放坡1:2.5方案1：42米高加筋土，自然放坡1:2.8方案2：42米高加筋土，自然放坡1:2.5边坡剖面示意图跑道总长为3800米土工格栅示意图加筋土挡墙