邊坡穩(wěn)定有限元分析及程序設計.pdf

1、極限平衡法雖然已經(jīng)在工程實踐中得到了大量的應用，但是它不能很好地考慮土體的應力應變關系，對土條條間力作了各種假定，因此計算的結果并不精確，而且不能給出土體的應變信息。有限元方法可以考慮土體的真實應力場，可以區(qū)分填筑和開挖邊坡，因而應用會更廣泛。本文主要做了一下幾方面的工作。 第一，完善了非圓弧滑面應力有限元程序。邊坡穩(wěn)定的有限元方法，是定義了安全系數(shù)并給定一系列初始滑裂面，然后利用有限元軟件比如Geo-slope和ANSYS計算

2、得到的應力場，求解安全系數(shù)。在確定滑面上計算點的應力張量的時候，本文采用了面積判別法，即首先對每一個四邊形單元(本文全部采用四邊形單元求解計算)確定其橫坐標和縱坐標的范圍，如果計算點在這個范圍之外，就跳出對下一個單元進行判斷，如果在范圍內(nèi)，那么計算這個點和四邊形單元四個節(jié)點形成的四個三角形的面積以及四邊形單元的面積，并進行求差比較。一個點可能屬于不同的單元的大范圍之內(nèi)，那么最后對這幾個差值比較，最小的即為計算點所屬的單元，然后利用這個單

3、元四個節(jié)點的應力值，構造插值函數(shù)求出計算點的應力值。針對非圓弧初始滑裂面不容易給定的問題，將本文的非圓弧滑面應力法和瑞典圓弧法相結合。瑞典圓弧法雖然計算安全系數(shù)偏低，但是大量的算例證明其搜索得到的最危險滑面和Bishop法以及其他的極限平衡法非常接近。這里首先用比較簡單的瑞典圓弧法確定最危險滑面，然后以最危險滑面以及其附近的一系列圓弧為初始滑面，將這些圓弧離散運用HOOKE JEEVES方法進行優(yōu)化搜索，最后將得到的安全系數(shù)比較得出最危

4、險滑裂面。 第二，推導了如何在ANSYS中使用比較準確的平面應變條件下的基于關聯(lián)流動的Mohr-Coulomb匹配圓DP準則。目前，通用的有限元軟件使用的土體本構模型通常都是：DPl，即Mohr-Coulomb準則外角點外接圓，但是這樣會高估了土體的承載能力。參考鄭穎人等人的研究成果，實現(xiàn)了各種DP模型之間的轉(zhuǎn)化。 第三，比較了滑面應力有限元方法和Bishop法，有限元強度折減法。不僅僅比較了三種方法的滑裂面位置，安全系