CN111368483A - 一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法 - Google Patents

一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111368483A
CN111368483A CN202010255822.XA CN202010255822A CN111368483A CN 111368483 A CN111368483 A CN 111368483A CN 202010255822 A CN202010255822 A CN 202010255822A CN 111368483 A CN111368483 A CN 111368483A
Authority
CN
China
Prior art keywords
supporting structure
finite element
slope
internal friction
element model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010255822.XA
Other languages
English (en)
Inventor
沈志平
余能彬
陈德茂
杨振杰
朱军
吴斌
付君宜
王鸿
刘慧�
靳颜宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengye Engineering & Investment Inc Ltd
Original Assignee
Zhengye Engineering & Investment Inc Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengye Engineering & Investment Inc Ltd filed Critical Zhengye Engineering & Investment Inc Ltd
Priority to CN202010255822.XA priority Critical patent/CN111368483A/zh
Publication of CN111368483A publication Critical patent/CN111368483A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，它包括根据支护结构边坡的设计文件，获取支护结构的极限承载能力；根据支护结构边坡设计文件中的模型建立有限元模型；对有限元模型土体单元的粘聚力c和内摩擦角
Figure DDA0002437269820000011
采用强度折减法进行折减，通过折减后得到的一组以上的粘聚力c和内摩擦角
Figure DDA0002437269820000012
对有限元模型进行弹塑性应力应变分析，试算出一组粘聚力c和内摩擦角
Figure DDA0002437269820000013
，使其对应的有限元模型中的任意一个支护结构最先达到极限承载能力即认为此时的粘聚力c和内摩擦角
Figure DDA0002437269820000014
对应的折减系数为该支护结构边坡的安全系数；解决了采用有限元强度折减法在计算支护结构边坡安全系数时安全系数严重失真等技术问题。

Description

一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法
技术领域
本发明属于支护结构边坡的安全系数计算方法，尤其涉及一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法。
背景技术
有限元强度折减法通过不停的折减土体强度参数来计算边坡的安全系数和滑面。通常有限元强度折减法对于边坡的破坏判据为(1)滑面塑性区域贯通；(2)滑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；(3)有限元计算不收敛，采用力或位移不收敛作为边坡破坏判据。上述做法在计算无支护结构的边坡时没有问题，但是在计算含有支护结构的边坡时，上述判据通常会导致计算结果严重失真，原因是支护结构通常采用弹性本构，无论受到多大外力，仅会产生变形而不会屈服，通常支护结构的弹性模量又远远大于周围土体，这样就导致边坡破坏时支护结构的内力和变形非常巨大，早已超出支护结构的承受极限，因此计算出的安全系数严重失真。如何解决有限元强度折减法计算含支护结构边坡安全系数失真的问题是岩土工程中需要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，以解决现有技术采用有限元强度折减法在计算支护结构边坡安全系数时存在严重失真的技术问题。
本发明的技术方案是：
一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，它包括：
步骤1、根据支护结构边坡的设计文件，获取支护结构的极限承载能力；
步骤2、根据支护结构边坡设计文件中的模型建立有限元模型，支护结构采用弹性本构的结构单元进行模拟；
步骤3、对有限元模型土体单元的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000021
采用强度折减法进行折减，折减系数为Fs；通过折减后得到的一组以上的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000022
对有限元模型进行弹塑性应力应变分析，试算出一组粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000023
使其对应的有限元模型中的任意一个支护结构最先达到步骤一中的极限承载能力，即认为此时的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000024
对应的折减系数Fs为该支护结构边坡的安全系数。
步骤1所述支护结构的极限承载能力包括抗弯能力、抗剪能力、抗拉抗压能力和变形能力；某些支护结构会有多种极限承载能力，其任意一种承载能力达到极限时就认为该支护结构达到极限承载能力。
所述强度折减法计算公式为：
Figure BDA0002437269800000025
Figure BDA0002437269800000026
步骤3中，有限元模型计算结果的滑面会出现三种情况(1)滑面塑性区域未贯通；(2)滑面塑性区域贯通且经过支护结构；(3)滑面塑性区域贯通且未经过支护结构。对于情况(1)和(2)本方法均适用，对于情况(3)本方法不适用。
本发明有益效果：
本发明将有限元强度折减法的破坏判据设置为支护结构的极限承载能力，经过改进的破坏判据可以根据结构单元的承载力极限获得准确的安全系数，解决了现有技术采用有限元强度折减法在计算支护结构边坡安全系数时收敛不及时导致安全系数严重失真的问题。
附图说明：
图1为本发明具体实施过程示意图；
图2为本发明具体实施方式中支护结构有限元模型；
图3为本发明具体实施方式中有限元模型的滑面塑性区域云图；
图4为本发明具体实施方式中有限元模型锚索的轴力图；
图5为本发明具体实施方式中有限元模型抗滑桩的弯矩图；
图6为本发明具体实施方式中有限元模型抗滑桩的剪力图；
图7为本发明具体实施方式中有限元模型抗滑桩水平位移云图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，其实施过程如下：
步骤一：根据支护结构边坡的设计文件，获取支护结构的极限承载能力。
步骤二：根据支护结构边坡设计文件中的模型建立有限元模型，支护结构采用弹性本构的结构单元进行模拟。
步骤三：对步骤二中有限元模型土体单元的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000041
采用强度折减法公式(如下式)进行折减，折减系数为Fs。通过折减后得到的一组以上的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000042
对有限元模型进行弹塑性应力应变分析，试算出一组粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000043
使其对应的有限元模型中的任意一个支护结构最先达到步骤一中的极限承载能力，即认为此时的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000044
对应的折减系数Fs为该支护结构边坡的安全系数。
Figure BDA0002437269800000045
Figure BDA0002437269800000046
其中，步骤一中支护结构的极限承载能力通常包括抗弯能力、抗剪能力、抗拉抗压能力、变形能力；某些支护结构会有多种极限承载能力，其任意一种承载能力达到极限时就认为该支护结构达到极限承载能力。
其中，步骤三中，有限元模型计算结果的滑面会出现三种情况(1)滑面塑性区域未贯通；(2)滑面塑性区域贯通且经过支护结构；(3)滑面塑性区域贯通且未经过支护结构。对于情况(1)和(2)本方法均使用，对于情况(3)本方法不适用。
本发明以锚索抗滑桩支护结构为例，对本发明方案进行举例说明以便于本领域技术人员理解，具体实施过程如下：
步骤一：根据锚索抗滑桩支护结构的设计文件，得到锚索的极限抗拉承载能力为1293.6kN，抗滑桩的极限抗弯承载能力为2343.54kN·m，抗滑桩的极限抗剪承载能力为1028.4kN，桩顶极限水平位移为0.234m。
步骤二：根据支护结构边坡设计文件中的模型建立有限元模型如图2所示，材料参数如表1所示：
表1支护结构有限元边坡模型材料参数
Figure BDA0002437269800000051
步骤三：对步骤二中有限元模型土体单元的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002437269800000052
采用强度折减法公式(如下式)进行折减。
Figure BDA0002437269800000053
Figure BDA0002437269800000054
经过16次试算，当粘聚力c＝26.96kPa内摩擦角
Figure BDA0002437269800000055
时，滑面塑性区域未贯通如图3所示。此时锚索和抗滑桩的受力情况：上排锚索拉力达到1292kN，下排锚索拉力达到1239kN，如图4所示；抗滑桩最大弯矩达到1304kN如图5所示；抗滑桩最大剪力达到731kN如图6所示；抗滑桩顶水平位移达到0.0234m如图7所示。根据步骤一的极限承载能力，上排锚索拉力达到1292kN接近极限抗拉承载能力1293.6kN，此时的折减系数为1.150，即安全系数为1.150。
本发明将有限元强度折减法的破坏判据设置为支护结构的极限承载能力，经过改进的破坏判据可以根据结构单元的承载力极限获得准确的安全系数，解决了现有技术采用有限元强度折减法在计算支护结构边坡安全系数时收敛不及时导致安全系数严重失真的问题。

Claims (4)

1.一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，它包括：
步骤1、根据支护结构边坡的设计文件，获取支护结构的极限承载能力；
步骤2、根据支护结构边坡设计文件中的模型建立有限元模型，支护结构采用弹性本构的结构单元进行模拟；
步骤3、对有限元模型土体单元的粘聚力c和内摩擦角
Figure FDA0002437269790000011
采用强度折减法进行折减，折减系数为Fs；通过折减后得到的一组以上的粘聚力c和内摩擦角
Figure FDA0002437269790000012
对有限元模型进行弹塑性应力应变分析，试算出一组粘聚力c和内摩擦角
Figure FDA0002437269790000013
使其对应的有限元模型中的任意一个支护结构最先达到步骤1中的极限承载能力，即认为此时的粘聚力c和内摩擦角
Figure FDA0002437269790000014
对应的折减系数Fs为该支护结构边坡的安全系数。
2.根据权利要求1所述的基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，其特征在于：步骤1所述支护结构的极限承载能力包括抗弯能力、抗剪能力、抗拉抗压能力和变形能力；某些支护结构会有多种极限承载能力，其任意一种承载能力达到极限时就认为该支护结构达到极限承载能力。
3.根据权利要求1所述的基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，其特征在于：所述强度折减法计算公式为：
Figure FDA0002437269790000015
Figure FDA0002437269790000021
4.根据权利要求1所述的基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，其特征在于：步骤3中，有限元模型计算结果的滑面会出现三种情况(1)滑面塑性区域未贯通；(2)滑面塑性区域贯通且经过支护结构；(3)滑面塑性区域贯通且未经过支护结构。
对于情况(1)和(2)本方法均适用，对于情况(3)本方法不适用。
CN202010255822.XA 2020-04-02 2020-04-02 一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法 Pending CN111368483A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010255822.XA CN111368483A (zh) 2020-04-02 2020-04-02 一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010255822.XA CN111368483A (zh) 2020-04-02 2020-04-02 一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111368483A true CN111368483A (zh) 2020-07-03

Family

ID=71209229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010255822.XA Pending CN111368483A (zh) 2020-04-02 2020-04-02 一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111368483A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112257140A (zh) * 2020-09-16 2021-01-22 南京工业大学 一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法
CN115508543A (zh) * 2021-06-07 2022-12-23 中国石油集团工程股份有限公司 基于有限元模拟的滑坡监测与预警方法
CN118428132A (zh) * 2024-03-11 2024-08-02 中国水利水电第十一工程局有限公司 基于ansys强度递减法的山区公路边坡稳定分析模型
CN119129198A (zh) * 2024-08-14 2024-12-13 中铁北京工程局集团有限公司 基于bim的抗滑桩模型生成方法及施工方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004003303A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-08 Tensar International Limited Geogrid or mesh structure
CN106777520A (zh) * 2016-11-24 2017-05-31 中国人民解放军后勤工程学院 一种埋入式抗滑桩的设计方法
CN106874649A (zh) * 2017-01-09 2017-06-20 东北电力大学 一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据
CN108595878A (zh) * 2018-05-09 2018-09-28 河南理工大学 一种边坡失稳机制判定方法
CN109359368A (zh) * 2018-10-02 2019-02-19 东北电力大学 一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004003303A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-08 Tensar International Limited Geogrid or mesh structure
CN106777520A (zh) * 2016-11-24 2017-05-31 中国人民解放军后勤工程学院 一种埋入式抗滑桩的设计方法
CN106874649A (zh) * 2017-01-09 2017-06-20 东北电力大学 一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据
CN108595878A (zh) * 2018-05-09 2018-09-28 河南理工大学 一种边坡失稳机制判定方法
CN109359368A (zh) * 2018-10-02 2019-02-19 东北电力大学 一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴尚杰: "含软弱夹层锚框支护边坡的地震动响应与动力稳定性研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112257140A (zh) * 2020-09-16 2021-01-22 南京工业大学 一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法
CN115508543A (zh) * 2021-06-07 2022-12-23 中国石油集团工程股份有限公司 基于有限元模拟的滑坡监测与预警方法
CN118428132A (zh) * 2024-03-11 2024-08-02 中国水利水电第十一工程局有限公司 基于ansys强度递减法的山区公路边坡稳定分析模型
CN119129198A (zh) * 2024-08-14 2024-12-13 中铁北京工程局集团有限公司 基于bim的抗滑桩模型生成方法及施工方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111368483A (zh) 一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法
Poulos Single pile response to cyclic lateral load
CN104215515B (zh) 一种自反力式深孔岩基载荷试验装置及其试验方法
CN102628777B (zh) 用于锚板构造的幕墙预埋件埋后抗拉力检测装置
CN105181318B (zh) 一种风力发电机叶片弯扭耦合向量测量装置
CN110983977A (zh) 一种梁拱组合桥吊杆初张拉力的计算方法
CN103759957A (zh) 土工格栅拉拔试验装置
CN104631643B (zh) 一种导轨与v形索线组合的抗拉与限位隔震装置
CN106400979A (zh) 滑槽式抗拉隔震装置
CN109117593A (zh) 锚索预应力损失与岩体蠕变耦合分析方法
CN105160165B (zh) 一种应变软化型边坡动态稳定性评价方法
CN114412071B (zh) 一种穿梁式双索结构及张拉方法
Wang et al. Comparative study of seismic response of offshore tetrapod jacket systems with semi-rigid and flexible piles under environmental loads
CN113686287B (zh) 基于悬垂杆塔绝缘子串偏斜角的覆冰厚度测量方法及系统
CN111189720A (zh) 测定岩质边坡稳定安全系数的方法
CN103760018A (zh) 钢管临界屈曲应变的测量方法
CN212247920U (zh) 超高填方波纹钢拱结构
CN203729264U (zh) 适应三向大变形的竖向接缝止水结构
CN111042845B (zh) 一种双曲度锚杆及其制造方法
CN113431607A (zh) 一种软弱围岩隧道拱脚顶撑加压下沉控制方法
CN111353254A (zh) 一种基于有限元强度折减法的边坡支护结构设计方法
Yin A constitutive model with two yield surfaces for soils
CN111455850A (zh) 超高填方波纹钢拱结构及施工方法
CN214738327U (zh) 一种用于桩柱一体结构原体试验的复合加载臂
CN208373883U (zh) 一种接续管校直器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200703

RJ01 Rejection of invention patent application after publication