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《宁夏大学》 2004年
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边坡稳定性弹塑性大变形有限元分析

杨有贞  
【摘要】:边坡的稳定性问题一直是土木工程中的一个重要的问题,它已变成同地震和火山并列的全球性三大地质灾害(源)之一,也就是广为人知的滑坡、泥石流。这种破坏,轻者引起边坡的破坏,重者摧毁边坡下的构筑物,引起重大的经济损失,甚至造成人员伤亡。因此探寻一种能够较准确地分析边坡的稳定性、减少滑坡灾害发生的方法是一件十分有益的事情。 几何非线性有限元方法能够较准确地模拟岩土体实际地质状况,并能考虑岩土体的非线性本构关系,可以比较真实地反映边坡的实际变形和应力分布规律。本文在应用有限元方法分析边坡的稳定性时,着重引入计算大变形问题的更新的拉格朗日方法,并进一步建立了弹塑性大变形有限元分析方程式。 评价边坡的稳定性时,一般来说要给出一个安全系数。建立在刚体极限平衡基础上的各种方法由于其工作状态是虚拟的,因而无法分析边坡破坏的过程。采用逐步降低抗剪强度法,即在非线性有限元计算过程中逐步降低材料的抗剪强度,可以模拟材料由强减弱的过程的边坡稳定性态,继而由边坡在极限平衡时的参数确定边坡的安全系数。本文论述了此方法的原理,并应用弹塑性大变形有限元方法、选用Mohr-Coulomb等面积圆屈服准则对边坡进行模拟,同时对边坡在天然情况下的位移场,应力场,稳定塑性区的发展进行了分析,将计算结果与弹塑性小变形有限元法、极限平衡法及滑移线场理论进行了比较。 最后,本文运用快速拉格朗日法进一步研究边坡的稳定性问题。从计算结果中可以看到,运用快速拉格朗曰法计算得出的安全系数与运用弹塑性大变形有限元法计算得出的安全系数误差相对较小且相接近。这其一主要源于快速拉格朗日法本身的一些独特优势,使其分析结果更具有可信度;其二是由于在弹塑性大变形有限元方法中,因同时考虑了岩土体的材料非线性和几何非线性,所以在分析边坡失稳破坏的过程中,使得结果更趋合理。
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