基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度分析

基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度 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 基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度 分析 基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度分析 ◎洪平刘敏 (南昌航空大学,江西南昌330063) [关键词]垃圾填埋体;边坡;有限元强度折减法;可靠度 [摘要]文章考虑了垃圾填埋体的非饱和土性质,基于有限元强度折减法对垃圾填 埋体边坡进行可靠性分析.考虑垃圾填 埋体物理力学指标的变异性,用验算点法计算了垃圾土边坡的整体可靠度指标.结 果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,粘聚力c和内摩擦角的变异性 对可靠度的影响较大. [中图分类号]TU361[文献标志码]A[文章编号]1001—4926(2010)01—0081—05 ThereliabilityanalysisofMunicipalSolidWasteSlopebased onstrengthreductionFEM HONGPing,LIUMin (NanchangHangkongUniversity,Nanchang,~angxi330063,China) Keywords:garbagefilling—buryingbody;slope;StrengthreductionFEM;reliability Abstract:Thispaperhastakenthecharacterofunsaturatedsoilstrengthofgarbagefilling— buryingbodyintoconsideration,and carriesonthereliabilityanalysisoftheslopeofgarbagefilling— buryingbodyonthebasisofthestrengthreductionFEM.Considering thephysicalmechanicsindexes'variabilityofthegarbagefilling— buryingbody,thispaperhascalculatedtheoverallreliabilityindex ofthegarbagesoilslopewi山 FOSM.TheresultindicatedthatthevariabilityofcohesionCandinternalfrictionangle? areinagreater impactonreliability. 目前填埋法是处置固体垃圾最常用的方法,其边坡 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 的选择采取以安全系数法为主,参考相关 经验为辅的方式.垃圾填埋体的边坡 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 是关系到填埋场经济和安全的重要内容,关系到城市居民生活, 生产的安全,因此必须确保工程设施的施工质量,避免发生垃圾填埋的二次污染. 垃圾填埋体的固体废弃物一般是在每填埋4m左右再覆1m厚粘土.因此,垃圾堆体属非饱和土的范 畴,应用非饱和土理论来分析填埋场边坡稳定是很有必要的….陈云敏等人结合某卫生填埋场工程,计 算了填埋场的边坡稳定性,讨论了填埋场中渗流滤液的饱和度,边坡角度和浸润线埋深对垃圾场边坡稳定 的影响.但未考虑参数变异性的影响. 与一般土坡相比,垃圾边坡填埋体所具有的非均质性和大孔隙程度远远超过一般土体,而各地区生 活垃圾土性参数的变化范围也较大,并且具有强烈的非线性和统计参数的变异性,同时,工程中也存在着许 多不确定性,因而垃圾填埋场稳定性存在着许多模糊性和随机性.因此,在设计垃圾堆体时除了计算常规 [收稿日期]2010—03—08 [修回日期]2010—03—16 [作者简介]洪平(1966一),男,南昌航空大学土木建筑学院副教授,硕士.主要研究方向:土木建筑可靠度. 81 82第期基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度分析 的安全系数,还应对垃圾堆体的边坡稳定进行可靠性分析,使其稳定性评价更为客观,对城市垃圾填埋场的 设计,施工,运营管理都具有重要意义. 1强度折减有限元法 强度折减弹塑性有限元法中的强度折减系数概念,最早由Zienkiewicz等(1975)[47 在-k-E弹塑性有限 元数值分析中提出,并在土坡稳定分析中得到了广泛应用. 当土体材料的抗剪强度参数粘聚力c和内摩擦系数/:tan~p分别用其临界抗剪强度参数c和代替 后,结构处于临界破坏状态,其中: c=c/F(1) =arctan(tanq~/F,)(2) 式中,为抗剪强度折减系数,即安全系数. 强度折减法在应用中的关键问题是临界状态判定问题,现有的土坡失稳判据大致可以分为3种: 1)Griffith和Lane,1999引,赵尚毅,赵颖人等提出的,依据有限元计算不收敛来判定土坡失稳. 2)连镇营等,郑宏等提出的,以超过某一幅值的广义剪应变或等效塑性应变带贯通和土坡内部塑 性区贯通判定边坡失稳 3)节点位移突变'或强度折减系数与坡项节点水平位移关系曲线的斜率达到某一 固定值口... 2非饱和土强度理论 由于非饱和土中的气相存在,使得土的性质更为复杂.随着非饱和土土力学理论的基本形成,国内 外已有一些利用条分法分析非饱和土的研究成果.虽然影响非饱和土边坡稳定的因素众多,但目前研究仍 以基质吸力为焦点,黄润秋论述了滑坡基质吸力观测研究现状,强调了基质吸力对非饱和土边坡稳定影 响的重要性.而条分法只是在假定滑动面上考虑基质吸力,而不能考虑滑动面以外的非饱和土体的基质吸 力,因此,本文将强度折减有限元法应用到垃圾填埋体边坡中,并将这部分基质吸力的影响作了合理定量的 考虑. 本文采用Fredlund非饱和强度理论,其表达式:,=c+(or一")tan~b+(M一M)tan~b(3) 式中,第一个应力状态变量(or一.)为净应力;第二个应力状态变量(".一u)表示了因气相的存在而 在水气交界面上形成的毛细吸力;则是吸力引起的摩擦角.在这种表达式下可将吸力产生的强度归纳 入粘聚力中:c=c+(.一)tan~b(4) 非饱和土坡基质吸力实际上在空间上是非均匀分布的,本文对边坡中各单元赋一个基质吸力值,来模 拟基质吸力分布.对非饱和土边坡,在应用强度折减有限元法时,需分两种情况处理n:(1)对没有基质吸 力的土体单元,以(C,)为参数来表示莫尔一库仑强度准则,与常规的强度折减有限元法相同;(2)对具有 不同基质吸力的土体单元,需计算考虑基质吸力的强度参数c,然后以c,然后以(c,咖)为参数来表示莫尔 一 库仑强度准则. 3垃圾填埋体边坡可靠性分析 本文采用可靠度理论的验算点法(FOSM),该法选在与结构最大可能失效概率对应的设计验算点P= 刍'舰,奎l士謦 JournalofNanchangHangkongUniversity 自然科学版………?NaturalSciences 2010年3月 第24卷第1期基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度分析83 (,…,)上,结构功能函数Z.-~Z=g(Xl*,…,)在验算点P处泰勒展开得到: zz=g(,…,)+ .毫(Xi-Xi*)(5) 令=g(Xi*),贝0:"Z:耋g(Xi*)(]'LXi--Xi*)(6) II,1 or.=[(g()).]寺(7) L1 其中,.,.,/x置分别为Z和X的均值和 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 差.于是结构的可靠指标为: 卢::(8) z[兰(g())] 本文利用有限元软件进行强度折减计-算1安全 系数,并用 1 ABAQUSFORTRAN编写FOSM法的相关程 序. 对于边坡稳定分析的有限元法,功能函数g(x)=Fs一1式基本变量X的隐式形式,因此需要采用数值 方法来求解相应的导数值,本文采用中心差分公式进行数值求导. 设/6]且+^?[)(9) 而且存在数c=c()E[?,6],满足厂()+(,)(10) 其中项E,h)称为截断误差(truncationerror) Etrunc(,)=一垒=O(h)(11) 通过差分近似求导数,不必得到函数的显式表达式,为隐式功能函数导数及偏导数求解提供了方便. 4工程实例分析 有一垃圾填埋场边坡断面如图2所示.边坡高25m,顶宽25m,埋深5m,坡降比1:2,容重=10.4KN/ m . ,弹性模量E=15Mpa,泊松比=0.3,垃圾土体在不同降雨重现期和有效降雨量所对应的物理力学统计 指标见表1.考虑基质吸力的影响,试计算该填埋场边坡在服役期内的可靠度. 图2边坡几何尺寸(单位m)图3边坡有限元网格 计算采用Mohr—Coulomb破坏屈服准则,采用八节点四边形减缩单元(CPE8R),模 型共1019个单元 3190个节点(如图3).图4为塑性区贯通,表明边坡已破坏. , 84第期 计算及结果分析: 表2.不同饱和度边坡可靠性指标 基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度分析 图4等效塑性应变图 从表2中可以看出,随着降雨量饱和度的增加,其基质吸力逐渐的丧失,安全系数和可靠度明显的降 低.垃圾土体的c,qb,-y值均有很大的变异性,不仅表现在随其组分不同所表现出的变异性,而且在填埋过 程中,垃圾土体一直在降解,而这一降解规律很难测定.当有效降雨量为343.Omm,饱和度为0.94时,垃圾 土c,咖,y的变异系数均符合正态分布,其值为[】": (1)粘聚力c的变异系数8为0.1一一0.3; (2)内摩擦角咖的变异系数瓯为0.05一一0.2; (3)天然重度的变异系数6为0.O1一一0.04. 表1不同有效降雨量对应的垃圾土体物理力学统计指标 在不同的变异系数下的可靠度结果如图5—7所示: 南'怠官女謦 图5占和关系曲线图6瓦和卢关系曲线 JournalefNan~hangHangkongUniversity 自然科学版………?NaturalSciences 图7和关系曲线 2010年3月 第24卷第1期基于强度折减法的垃圾填埋体边坡可靠度分析85 从图5,图7可以看出,垃圾土的参数粘聚力c,内摩擦角对垃圾土边坡可靠度的影 响较大,天然密 度^y的变异性对边坡稳定影响较小. 5结论 (1)采用基于强度折减法的有限元可靠度分析能一次性得出垃圾土边坡的整体可靠度指标,适用于各 种复杂的边坡外形及边界条件. (2)垃圾填埋体在填埋后不断降解,其土性参数也不断变化,垃圾填埋场工程是一个不确定性因素很多 的随机性问题,由于其变异性,可得到不同的可靠度值,因此仅靠安全系数风并不能完全做为垃圾土边坡 设计依据,还需用随机概率的方法对垃圾土边坡进行可靠性预测是十分必要的. (3)考虑非均匀分布的基质吸力场的影响,同时于非饱和一饱和渗流计算相结合,有限元强度折减法可 以比较容易的计算任一瞬态时的非饱和土边坡安全系数,随着降雨量饱和度的增加,基质吸力的丧失,安全 系数和可靠度都在降低. (4)垃圾土的参数粘聚力C,内摩擦角对垃圾土边坡可靠度的影响较大,敏感度大.可靠度指标随着 参数的变异系数的增加而降低.而天然密度的变异性对边坡稳定影响较小. 【参考文献】 [1]刘晓立.渗流作用下垃圾填埋场边坡稳定分析].天津:天津大学,2006:83. [2]陈云敏,王立忠,胡亚元等.城市固体垃圾填埋场边坡稳定分析[J].土木工程,2000,23(3):92—97. [3]张云军,宰金珉,王旭东.垃圾填埋场的沉降分析计算及灰色模型预测[J].工程建设与设计,2004(3):53—57. [4]Zienkiewicz0C.HumphesonC,LewisRW.Associatedandnon—associatedviscoplasticityandplasticityinsoilmechanics[J]. Geotechnique,1975,25(4):671—689. [5]GriffithsDV,LanePA.Slopestabilityanalysisbyfiniteelement[J].Geotechnique,1999,4 9(3):387—403. [6]赵尚毅,郑颖人,邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩力学与工程,2003,22(2):254— 260. [7]连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程,2001,23(4):407—411. [8]栾茂田,武亚军,年延凯.强度折减有限元法边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程,2003(3):1—8. [9]赵少飞,栾茂田,吕爱钟.土工极限平衡问题的非线性有限元数值分析[J].岩土力学,2004,25(s2):121—125. 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