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土石坝的有限元静力稳定分析

叶华静  
【摘要】:边坡稳定的分析方法主要有传统的极限平衡法和有限元法两种。前者概念明确,物理模型直观,工程参数易于获取,并且积累了很多工程经验。后者通过分析结构的应力应变结果来判断边坡稳定的状况,不需要假设滑面形状和简化滑块间的相互作用力。两者各有优劣。 本文采用的土石坝静力稳定分析方法为有限元静力稳定方法,并辅以传统极限平衡法等,来比较和评价各种方法得出的安全系数值和滑面位置的异同。 本文的有限元稳定分析主要分析两部分:静力分析和稳定分析。通过静力分析,可以对结构物的应力应变值大小及分布有个系统的了解,符合一般规律的被定性认为坝体是稳定的。同时采用不同的本构模型来模拟土体材料,比较它们得出的有限元结果的差异,从而可以了解选用模型的适用性,为后续的稳定分析做好准备工作。有限元稳定分析中,目前一般文献中所采用的方法为强度折减法,选用的本构模型为理想弹塑性模型,以塑性应变的贯通作为评判依据。但是,对于实际岩土工程而言,土体的应力应变关系是复杂的。所以本文将这种强度折减的思想应用于适合分析土石坝的南水双屈服面模型,通过折减它的抗剪强度系数来使坡体达到极限平衡状态。而评判依据也由塑性应变的贯通改成单元最小安全系数等值线的凌空逸出。本文选用了线弹性,非线性弹性,理想弹塑性模型,沈珠江南水双屈服面模型等本构模型,来分析坡体的应力应变和单元安全系数的分布。然后选用了适合折减的弹塑性本构模型,绘制了折减过程中单元最小安全系数的分布的变化,总结了单元最小安全系数的分布规律,得到了坡体破坏的一般机理。 最后,采用上述的单元安全系数法对糯扎渡黏土心墙进行了静力稳定分析,得到了由理想弹塑性折减下的滑裂面、沈珠江南水模型折减下的由单元安全系数分布的滑移面。通过与极限平衡法的比较,从应力角度验证了有限元强度折减法的合理性和适用性,得到了糯扎渡直心墙堆石坝边坡设计是稳定的结论。


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