基于三维有限差分强度折减法的边坡稳定性分析

基于三维有限差分强度折减法的边坡稳定性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 河南科技 2014.NO.01 JournalofHenanScienceandTechnology 工业工程与技术 桑伟锋 (1.河南省交通规划勘察 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 院有限责任公司，河南 摘 郑州 1,2 450052;2.河南省交院工程检测加固有限公司，河南郑州450052) 要:在边坡稳定性分析过程中，为了取得更加符合工程实际情况的计算结果，将强度折减理论应用于边坡稳定性三维有限 差分数值分析中，并结合工程实例，将传统的极限平衡法(如:Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern-price等)的计算结果与三维有限差分强度折减法的计算结果进行了对比分析。结果表明:三维有限差分强度折减法计算出的边坡安全系数与边坡的实际状态更加接近，其模拟得到的边坡的位移情况与现场实际监测的结果基本一致，这充分体现了三维有限差分强度折减法在边坡稳定性分析中具有一定的优势。 关键词:边坡稳定性;强度折减法;三维有限差分;对比分析中——————————————————————————————————————————————— 图分类号:U416 文献标识码:A 文章编号:1003-5168(2014)01-0022-03 强度折减法是边坡稳定性数值分析中应用较为广泛且有一定理论依据的方法，通过强度折减可得到强度储备系数，并且能够分析边坡的失稳模式和破坏过程。 1引言 边坡是人类工程活动中遇到的最普遍的地质环境，它是在自然和人为因素的影响下，常以滑坡的形式出现的变形失稳破坏，给人们的生命和财产造成重大的损失。因此，边坡的稳定分析及评价就显得尤为重。 边坡的稳定分析一直以来都是一个值得岩土工程人员深入研究的一个课题。到目前为止，边坡稳定性分析的方法概括起来大致包括以下几类:工程地质类比法、极限平衡法和数值分析法[1-2]。工程地质类比法是指将已有边坡的设计研究经验，应用到条件类似的新边坡的设计研究中，为此，需要对已有边坡进行广泛调查，并全面分析新老边坡工程地质的相似性和差异性，研究影响边坡变形发展的主要因素的相似性和差异性，另外，还要考虑工程的类别、等级等各种因素，因此，这种方法的应用具有很大的局限性。传统的极限平衡法是使用较早的一种定量方法，它的发展已经比较成熟，也是工程上应用较多的一种方法。传统的极限平衡法为了便于进行分析计算，提出了许多近似的假设[3]，例如假定一个滑动面、不考虑岩土体内部的应力-应——————————————————————————————————————————————— 变关系、不考虑支挡结构的作用等。因此，传统的极限平衡法不能得到滑体内的应力、应变分布状况，也不能求得岩土体本身的变形和支挡结构对边坡变形及稳定性的影响。传统的极限平衡法的这些缺点限制了它在工程上的应用，尤其是在大型边坡的计算分析以及治理过程中，常常仅用这种方法作为初步的估算。三维有限差分强度折减法克服了传统极限平衡方法的缺点，考虑了岩土体的非线性本构关系，能模拟边坡的变形过程，适用于复杂的边界条件，并且计算结果更加接近实际[4]。 本文利用三维有限差分强度折减法，对某边坡加固后的稳定性进行分析，并与Bishop法、Janbu法、Spencer法、 Duncan(1996)指出安全系数可以定义为使岩土体刚好达 到临界破坏状态时，对岩土的剪切强度进行折减的程度。这种强度折减技术应用到有限差分中可以表述为:保持岩土体的重力加速度为常数，通过逐步减小抗剪强度指标，将C、φ值同时除以折减系数Fsr，得到一组新的强度指标C′、φ′进行有限差分分析，反复计算直岩土体达到临界破坏状态，此时采用的强度指标与岩土体原具有的强度指标之比即为该岩土体的安全系数FS。公式如下: C′=C/Fsr φ′=arctan(tanφ/Fsr) (1)(2) 目前强度折减法中判断岩土体失稳破坏的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 通常有:迭代求解的不收敛性、广义剪应变贯通、塑性区的范围及其连通状态、岩土体——————————————————————————————————————————————— 内某点的位移与折减系数的关系曲线等。 基于强度折减的位移突变法是根据边坡位移变化的情况来确认边坡是否正常工作。这种方法认为边坡极限状态同边坡最大位移与折减系数关系曲线上的转折点(由位移缓慢增长急剧增大的临界点)相对应。对于空间整体结构，位移突变可以表征整个结构的一种状态的变化，可以比较明确和方便地界定边坡整体稳定性。 本文在使用有限差分强度折减法[6]分析边坡的稳定性时，采用迭代解的不收敛结合位移与折减系数关系曲线作为边坡破坏的标准。 3工程实例3.1工程概况 边坡场地自然地面标高约在1525m,1560m之间，西高东低，相对高差约35m。边坡地层主要由第四系坡洪积型、冲积、残积型粘性土、碎石以及下伏二叠系的砂岩、泥岩组成。其中，厚度较大的坡洪积层土质极为不均，物理力学性差、强度低;二叠系地层泥岩岩质软弱，遇水后极易软化。 通过综合考虑施工可行性、安全性以及经济性，确定采用振冲碎石桩结合系统截排水措施作为边坡治理的最终 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 由于边坡所在区域无大的地表水体，且地震基本烈度为?度，因此，本文在采用三维有限差分强度折减法分析该边坡的稳定性时，没有考虑地表水和地震对边坡稳定性的影响。 Morgenstern-price法的计算结果进行对比分析，旨在探求一种更 加合理有效的边坡稳定性分析方法，以便能更好地解决边坡工程问题。 ——————————————————————————————————————————————— 2三维有限差分强度折减法2.1有限差分法 有限差分法的基本思想是把连续的定解区域用有限个离散点构成的网格来代替，这些离散点称作网格的节点;把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定义的离散变量函数来近似，把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方程和定解条件就近似地以代数方程组来代替，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解。 [5] 3.2三维有限差分分析3.2.1模型与边界条件 考虑到岩土体材料变形的非线性特征，本文采用弹塑性 2.222 强度折减法Mohr-Coulomb模型，模型的破坏包络线和Mohr-Coulomb强度 2014.NO.01 工业工程与技术 准则(剪切屈服函数)以及拉裂破坏准则(拉屈服函数)相对应。 模型的边界范围根据边坡的整体情况确定，模型底部高程为1500m。采用四面体单元，共剖分单元221386个，节点42188个，模型四周采用链杆约束，底部采用固定端约束。三维有限差分计算模型及网格剖分如图1。 Journal ——————————————————————————————————————————————— of Henan Science and Technology 河南科技 图3边坡整体屈服区开展分布图 Fig.3Slopeoverallyielddistribution 图1三维数值计算模型剖分图 Fig.1 3.2.2 3DnumericalmodelGridgraph 计算参数的选取 图4 边坡整体最小主应力分布云图 为了尽可能准确地对边坡稳定性进行分析，合理地选取边坡岩土体的物理力学参数则显得尤为重要。因此，在本文中，边坡岩土体的计算参数是根据室内岩土体物理力学试验、工程类比法以及二维极限平衡法反演综合确定的。各层岩土体的计算参数见表1。 表1 计算分析参数表 Fig.4Slopeoverallminimumprincipalstresscontours ——————————————————————————————————————————————— Table1Parametersforanalysis 图5边坡整体位移分布图 3.2.3计算结果分析 Fig.5SlopeoverallDisplacementdistribution 图5为该三维边坡整体位移分布图，从图上可以看出:在边坡表面位移最大值在50cm左右，坡顶部位位移衰减很快并在 为了更加直观地对边坡进行变形及稳定分析，采用强度折减法对该三维边坡进行计算，确定边坡的安全系数。将岩土体的粘聚力和内摩擦角按等比例折减，然后按位移突变法、塑性区和模型的收敛情况判断边坡是否失稳。当边坡的安全系数为1.48时，坡体的塑性区大面积开展并贯通，形成明显滑动带，计算不再收敛，此时认为边坡已失稳。 20cm以下，此数值是边坡失稳时得到的，但由于安全系数为1.48，因此，边坡的实际位移要远远小于20cm。 3.3不同计算方法所得的边坡安全系数的比较 采用传统极限平衡法(Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern-price法)和三维有限差分强度折减法对边坡的稳定性安全系数进行了计算，结果见表2。 表2各种分析方法计算的边坡稳定性安全系数 Table2Safetyfactorswithdifferentanalysismethods 图2加固后边坡整体孔隙水压力分布图 Fig.2Reinforcedslopeoveralldistributionofporewaterpressure ——————————————————————————————————————————————— 图2给出了边坡加固后的整体孔压分布图，从图中可以明 显看出:在碎石桩部位地下水水位有突然下降，地下水压力得到了有效的消减。这说明碎石桩起到了很好的排水作用，有利于边坡的稳定。 图3为该三维边坡整体屈服区分布图，从图上可以明显看出:塑性区主要分布在表面，且已经大面积发展并贯通，此时，计算不再收敛，边坡的安全系数为1.48。 图4为该三维边坡整体最小主应力分布云图，从应力分布云图上可以明显看出:在设置碎石桩的部位有应力突然增大的现象。这说明:碎石桩起到了很好的挡土作用，提高了边坡的稳定性。 从表2可看出，采用三维有限差分强度折减法计算出边坡的稳定性安全系数都高于传统极限平衡法(Bishop、Janbu、 Spencer、Morgenstern-price)计算所得的值，这说明:传统极限平 衡法的计算结果是相对保守的。 4结论 (1)在对边坡进行稳定性分析时，采用传统极限平衡法无法获得边坡的应力、应变分布及其发展趋势等信息，因此，在采用传统极限平衡法进行计算的基础上，宜补充三维有限差分强度折减法进行分析，以获得边坡应力、应变及其发展趋势的情况。 23 河南科技 ——————————————————————————————————————————————— 2014.NO.01 JournalofHenanScienceandTechnology 工业工程与技术 出版社，2001，109-112. (2)采取碎石桩加固后，三维有限差分强度折减法计算的安全系数为1.48，这表明:采取碎石桩的加固方案是可行的，边坡的稳定性能够满足要求。 (3)碎石桩对土体起到了置换挤密作用，改善了土体的性能，提高了土体的强度。另一方面，碎石桩起到了很好的排水降压的作用，对边坡的长期稳定有利。 (4)在对边坡进行稳定性分析时，三维有限差分强度折减法弥补了传统极限平衡法的许多不足，不仅能够得到比较符合实际情况的边坡的应力、应变分布及发展趋势，而且还能较为准确地确定整个边坡的实际滑动面。 参考文献: [3]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].2版.北京:中国水利水电出版社，1996. [4]郑颖人，赵尚毅.有限差分强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J].岩石力学与工程学报，2004，23(19):3381~3388. [5]曾国熙，龚晓南.软土地基固结有限差分法分析[J].浙江大学学报，1983，(1):10-13. [6]DawsonEM，RothWH， ——————————————————————————————————————————————— DrescherA.Slopestabilityanalysisbystrengthreduction[J].Geotechnique，1999，49(6):835,840. 作者简介: 桑伟锋(1983年—)，男，工学硕士，助理工程师，主要从事岩土工程检测加固方面的工作。 [1]陈祖煜.土质边坡稳定性分析-原理方法程序[M].北京:中国水利水电出版社，2003. [2]高大钊，袁聚云.土质学与土力学[M].3版.北京:人民交通 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (上接) 骨焊接完成后必须平整，尽可能的将土建误差调整到最小限度，只有这样才能满足大面积焊接施工要求。 件处理不好;与建筑主体连接不稳定;挂件可调节范围过小;角码安装不够牢固;材料的挑选没有严格按照设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。 4.4安装防雷系统和保温层5.1预防措施 对于城市高层建筑，外墙防雷系统和保温层都是必备基础设施。建筑物的防雷系统每隔3,5m通过扁钢带和预埋件引入下线接地，相邻接通的位置不能少于一个开间，这样可以确保静电感应电压对人和设备不会造成危害。对于避雷环带所在的楼层，外墙立柱要用4mm镀锌扁钢并将其弯曲成U形后连接到地线，这样做有利于构建伸缩，U形的半径控制在20mm左右。另外防雷系统使用的扁钢带的表面必须刷两道防锈漆，对锈蚀较严重的部分，可以考虑镀锌宽扁钢带。防——————————————————————————————————————————————— 雷系统安装完成之后，首先要进行性能测试，主要针对其接地电阻，一般电阻值以低于 象;补; 背栓式干挂法施工过程中虽然会有这些质量通病伴随出现，但是这些问题都属于技术可控范围之内，可采取如下的措施进行预防: (1)石板安装前，对建筑基层外形的尺寸进行复核，纠正设 计图纸中的错误，对于偏差较大的预埋问题必须提前剔凿或修 (2)构件与建筑主体之间必须连接牢固，保证构件的可调节 能力，角码与石板必须拧紧，避免角码与连接板之间产生滑动现 1欧姆为基准，达到该标准才能确保接地效果。另外支撑板内一 般加有100mm的岩棉作为防火材料，接头用胶带封接，确保板间的密封性能。 (3)施工过程中采用逐层施工方式，每完成一层干挂工作 后，必须对这一层的工作进行适时的审核，确保构件几何尺寸和外观的完善，对可能出现的问题及时调校后，再进行下一层的施工作业; 4.5安装石材板块 安装石材板块之前，必须设计好石材放线图，安装过程中，首先安装立板，调整好水平、垂直角度后，最后安装上下转角板。底层板全部安装完毕后，必须严格检查各板块是否在一个水平线上，对于高低不平的板块必须迅速调整，最后将云石胶用细棒没入石板的上口中，拧紧挂件螺栓。 ——————————————————————————————————————————————— (4)石板块料根据局部要求分色挑选，不宜采用差异太大的 石材。 6结束语 传统的外墙干挂法的施工对象范围受限，施工效率低下，施工质量不能得到保证。本文对背栓式外墙干挂石材施工方法进行原理和工艺流程分析，其适用面较广，机具利用率高，对石材的损耗也较小，是目前外墙装饰中普遍推广的一种施工方法。 参考文献: 4.6清理石材并密封嵌板缝 安装完石材板块之后，对石材进行全面的检查、修理、清洗一遍，每清理完一个里面后，在石块四周贴上专用的防污胶条，最后必须进行密封处理，即使用胶枪在板缝内注入中型硅胶，打入过程必须用力均匀、速度慢、手法稳、胶面宽度要均匀，而且注胶过程严禁带水作业。 [1]张哲.背栓式外墙干挂石材的操作工艺和施工方法[J].建 筑科学，2011. 5背栓式干挂法的通病以及预防措施[2]李德尧.一种新的外墙干挂石材施工技术探讨[J].基建优 化，2004(8). 背栓式干挂法相对于传统干挂法在技术和经济上有其突出的优势，但该施工工艺也存在一些质量通病，主要有:板缝不够平直、色泽不均匀、嵌填不密实、抗渗漏性能不够。 ——————————————————————————————————————————————— 引起这些质量通病的主要原因如下:基层建设过程中预埋 [3]梁华章，宋立学.花岗石外墙挂板质量控制与安装技术[J].施工技术，2000(2). 24 ———————————————————————————————————————————————