用ANSYS和FLAC3D軟件求解邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的比較分析

陳 飛,楊詩義,王家成,別小平

(三峽大學(xué)三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 宜昌 443002)

0 引 言

目前邊坡穩(wěn)定性的分析方法較多,陳祖煜[1]等對(duì)此作了較多論述。可以歸納為兩類,即定性分析和定量分析方法。定性分析方法主要有工程類比法、圖解法等[2]。定量分析方法主要有極限平衡分析方法,例如Sarma法[3]、Bishop法[4]Morgenstern-Price法[5]、Spencer法[6]等,還有建立在塑性力學(xué)上、下限定理基礎(chǔ)上的極限分析法,以及根據(jù)有限元、邊界元、離散元等理論編制的軟件而進(jìn)行的數(shù)值分析方法。

邊坡穩(wěn)定分析理論具有十分豐富的內(nèi)容。而基于強(qiáng)度折減的有限元穩(wěn)定分析方法是目前應(yīng)用及研究較多的一種分析方法。邊坡穩(wěn)定性分析有限元分析一般采用強(qiáng)度折減法來求得邊坡的安全系數(shù)。多年來,許多學(xué)者致力于這方面的研究,Ugai[7]、Matsui[8]、Griffiths[9]、宋二祥[10]、張魯渝[11]、趙尚毅[12～14]、鄭穎人[12～14]、欒茂田[15]等學(xué)者在有限元強(qiáng)度折減法應(yīng)用方面做了大量的工作。

本文基于強(qiáng)度折減理論,利用有限元軟件ANSYS和有限差分軟件FLAC3D,聯(lián)合采用彈塑性數(shù)值計(jì)算的收斂性和塑性區(qū)的貫通性作為邊坡的失穩(wěn)判據(jù),針對(duì)算例邊坡進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)求解,進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析。將強(qiáng)度折減理論與FLAC3D軟件相結(jié)合,并與ANSYS軟件分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

1 有限元強(qiáng)度折減法基本原理及邊坡失穩(wěn)破壞判據(jù)

1.1 有限元強(qiáng)度折減法基本原理

1975年,Sienkiewicz[16]等首次在土工彈塑性有限元數(shù)值分析中提出了抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)概念。抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)定義為:在外荷載保持不變的情況下,邊坡內(nèi)土體所發(fā)揮的最大抗剪強(qiáng)度與外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力之比。……