基于非线性强度准则的广义强度折减法研究

发布时间：2020-07-05 10:44

【摘要】：传统有限元强度折减法采用线性强度准则来分析边坡的稳定性,然而,大量实验结果表明岩土材料大多遵循非线性的强度准则,尤其在低应力区,其非线性特征十分显著,因此,近似将非线性强度准则简化为线性强度准则会导致岩土体稳定性计算方面的偏差。本文以目前常用的两种非线性强度准则(即广义Hoek-Brown(HB)准则和非线性Mohr-Coulomb(MC)准则)为例,对基于应力点瞬时线性化强度参数的广义强度折减法(GSRFEM)进行研究,主要研究内容如下:(1)两种HB参数折减法研究:比较由σci、GSI和mi组合成的四种参数折减方案的折减效果,分析HB参数折减优选方案和等效MC参数折减法的适用范围;(2)广义强度折减法研究:以HB准则为例,分析单元均一化瞬时线性化参数折减(Element-IL-SSRFEM)和应力点瞬时线性化参数折减(Point-IL-SSRFEM)两种方法的差异,探讨广义强度折减法的合理性;(3)三种瞬时线性化方法研究:以HB准则和非线性MC准则为研究对象,利用广义强度折减技术,评价最小化安全系数法(ILmin_FOS)、几何关系法(ILGeo)和二分试算法(ILBisec)三种方法的求解效果。通过上述研究,本文获得的成果如下:(1)对于非线性HB准则,三参数等比折减优选方案和等效MC参数折减法两者的计算结果只有在HB强度参数的取值较小时才有参考价值;(2)数值结果表明,与Element-IL-SSRFEM相比,Point-IL-SSRFEM对有限元网格划分的要求低,在计算结果精度和计算效率方面有突出优势,因此,基于应力点瞬时线性化强度参数的广义强度折减法是可行的;(3)对于同一应力状态,三种瞬时线性化方法确定的瞬时MC强度参数是相同的,因此,在广义强度折减法中,改变瞬时线性化方法对其计算结果的影响甚微;(4)在广义强度折减法中,使用不同的瞬时线性化方法会导致计算效率方面的差异,对于HB准则,ILGeo-GSRFEM因在计算效率方面的优势而被推荐使用,对于非线性MC准则,推荐使用的则是ILmin FOs-GSRFEM。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU43
【图文】：

强度包线,表达式,准则,强度包络线

ｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则在ｒ－＜ｒ？空间的表达式逡逑［４９＾据岩体破坏时ＨＢ强度包线与Ｍｏｈｒ圆在＾－＾空间的几何关系Ｂ准则正应力？和剪应力ｒ的表达式（具体的推导过程见３．１．１）和式（２－６）所示，逡逑Ｗ逦？＋：）：逦（ａｍｂ（ｍｂ＜７ｊａｃｉ＋ｓ）邋＋２逡逑＜ＴｃＡｍｈ＜ＪＪ＜Ｊｃｉ＋ｓＹ逦ｆ逦ａ＼邋丫１逡逑ｘ邋＝逦７＾逦：逦—ｐ—邋ｌ邋＋邋ｍｂ＾－邋＋邋ｓａｍｈ（ｍｂｃｒｊ（７ｃｌ＋ｓ）邋＋２邋＾逦Ｖ逦）逡逑强度准则在！：－0？？空间的表达式为逡逑／邋＼ａ￣ｌ逡逑＇Ｉ：邋＝邋（ＣＪｎ－（Ｊｉ）＾ｘ邋＋邋ａｍｂ邋ｍ＾邋＋邋ｓ＼逦Ｖ邋＾Ｃｉ邋）逡逑是根据式（２－７）绘制的ＨＢ强度包络线，展现了邋ｔ和％之间的非线．逡逑

算例,边坡岩体,折减,材料参数

逡逑在图２－３中，对比四种参数折减方案对抗剪强度的降低效果，发现三种两参数逡逑等比折减方案对抗剪强度的降低幅度均小于参照折减，而三参数等比折减方案对逡逑抗剪强度的降低幅度大于参照折减，四种方案的折减效果为：＆／、和ＧＳ／的等逡逑比折减方案＞＆／和的等比折减方案＞邋ＧＳ／和ｍ，的等比折减方案＞＆，和ＧＳ／的等比逡逑折减方案。由此可知，不同的ＨＢ强度参数会对抗剪强度产生不同讷影响，＆，＋、ＧＳ／逡逑和三者的作用效果如下：ｍ，＞＾＞ＧＳ７；而且，抗剪强度的降低幅度与折减参数逡逑的个数有关，对ＨＢ强度参数考虑的越全面，抗剪强度的降低幅度越显著。逡逑２．３．２算例分析逡逑图２－４为两个岩质边坡算例的几何尺寸和网格划分，边坡岩体的物理力学参数逡逑如表２－２所示。逡逑（３０ｍ逦）逡逑卜逡逑＜逦逦逦匕逦逦逦＞逡逑（ａ）逦７０ｍ逡逑＜逦５５ｍ逦＾逡逑（ｂ）逦１０５ｍ逡逑图２－４边坡尺寸及网格划分：（ａ）算例１；邋（ｂ）算例２逡逑Ｆｉｇ．２－４邋Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｇｒｉｄｓ邋ｆｏｒ邋ｓｌｏｐｅ邋ｅｘａｍｐｌｅｓ：邋（ａ）邋ｅｘａｍｐｌｅ邋１；邋（ｂ）邋ｅｘａｍｐｌｅ邋２．逡逑表２－２边坡岩体材料参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｆｏｒ邋ｔｗｏ邋ｓｌｏｐｅ邋ｅｘａｍｐｌｅｓ逡逑边坡参数逦五／ＭＰａ逦ｖ逦ｙ／（ｋＮ／ｍ３）逦ｆｆ？／ＭＰａ逦ＧＳＩ逦ｍ

【参考文献】