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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 6
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 4
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
Abstract
Description
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:
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和内摩擦角对应的折减系数Fs为该支护结构边坡的安全系数。
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
经过16次试算,当粘聚力c=26.96kPa内摩擦角时,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)
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。
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。
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)
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)
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 |
-
2020
- 2020-04-02 CN CN202010255822.XA patent/CN111368483A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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)
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)
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 |