应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比.docx

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应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比

应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比

第38卷第l1期

?

58?

2012年4月

山西建筑

SHANXIARCHnCTURE

Vo1.38No.11

Apr.2012

文章编号:

1009-6825（2012）11-0058—03

应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比

陈有亮任旭凯刘明亮

（上海理工大学土木工程系,上海200093）

摘要:

利用有限元和离散元两种方法对同一连续性岩质边坡的稳定性进行分析,从计算原理,计算有若干节理的岩质边坡两方

面对有限元与离散元计算结果进行了比较,得出相关结论,从而更好地指导边坡稳定性计算.

关键词:

有限元,离散元,边坡稳定,安全系数

中图分类号:

U413.62文献标识码:

A

1概述

边坡是指由于天然地质或工程地质的作用形成的具有一定

倾斜度的地质体,按成因共分为两种:

自然边坡和人工边坡….

例如,意大利1963年发生的瓦依昂水库库岸滑坡,造成了严重的

损失,水库也因此失效.2..由此可见,对边坡失稳进行有效的计

算刻不容缓.

目前,边坡稳定分析的方法较多,主要有定性分析法,定量

分析法,非确定分析法.本文将利用有限元和离散元对同一边

坡的稳定性进行计算分析,并基于计算结果对两种计算方法进

行对比.

2有限元法在边坡算例中的应用

2.1有限元强度折减法公式

c,,=

（1）』-

=arctan（tanq~/F）

（2）

其中,C,均为岩土体参数;F为折减系数;,均为计算新

参数.

2.2边坡算例’

选取国内某矿,边坡尺寸如图1所示.该边坡围岩材料属性

见表1.

量

蠹一

图1边坡模型尺寸（单位-.m）

裹1边坡围岩参数表

弹性模量泊松比容重内聚力摩擦角I类型

GPakN/m3MPa/（.）

围岩2（弹1生）300.25250o0.942

由于边坡为线性工程,假设沿边坡方向为无限延伸,因此计

算模型取二维平面为断面就可满足要求.计算模型见图2.

快速接头工艺增加了连接销,钢销板荷压力弹簧等,每个接头费

用增加l0元左右,批量生产成本可以更低.焊接接桩损坏热镀

锌层,接头防腐性能降低.机械快速接头镀锌层较厚,能在各种

地质环境中长期使用.快速接头对中性好,受力更合理,施工便

捷,质量稳定.节约人工,材料和机械等综合费用,经济效益显

着.本工法的成功应用,为预应力混凝土管桩机械快速接头技术

的推广提供较成功实例,具有很高的推广应用价值.

福建省住房和城乡建设厅在《关于加强预应力混凝土管桩机

械快速接头技术推广应用的通知》（2010~2号）中,针对福建省近

年来预应力混凝土抗拔管桩施工中存在接头焊接质量问题,明确

要求凡是采用预应力混凝土抗拔管桩的,其接头均应采用管桩机

械快速接头技术.在福州大学第四学科群工程项目施工管理过

程中,由于采用了预应力混凝土机械快速接头技术,不但使桩基

工程施工速度加快,而且桩基施工质量更加稳定可靠,取得了较

好的技术效益,经济效益和社会效益.

参考文献:

[1】GB50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[s].

[2]GB50300-2001,建筑工程施工质量验收统一标准[s].

[3]JGJ94-94-2008,建筑桩基技术规范[s].

[4]JGJ106-2003,建筑基桩检测技术规范[s].

[5]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[s].

[6]DFJ13-58-2004,先张法预应力混凝土管桩基础技术规程

[s].

[7]DBJ13-58-2004,预应力混凝土管桩机械快速连接接头施工

及验收规程[S].

[8]闽2007Gl19,先张法预应力高强混凝土管桩[s].

[9]福建省建筑结构抗震设计暂行规定[s].

[10]DBJ13-86-21X）7,先张法预应力混凝土管桩基础技术规程[s].

Applicationoffastmechanicaljointconnec~techniqueinprestressedconcreteprecastingpne

CHENJia-cai

（FujianJiulongConstructionGroupCo.,,Xiamen361008,China）

Abstract:

Integratingwithcharacteristicsoffastmechanicaljoint,thethesisintroducestheconnectionmethodoffastmechanicaljoint,construc—

tiontechnologyoffastpipepile,andprocessingtechniqueoffastjointacCeSSoriesandSOon,anddescribesitsqualitycontrollingpoints.Prac-

deeprovesthattheconnectiontechniquemakestheconstructionefficiencyofprestressedconcretepihhigherandthequalityreliableandstable,

whichiswoahpromoting.

Keywords:

prestress,fastmechanicaljoint,connectionmethod,operationmethod

收稿日期:

2012-02-20’

作者简介:

陈有亮（1966-）,男,博士后,教授

爹81荤霄陈有亮等:

应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比?

59?

图2有限元模型网格划分

当折减系数F:

1.4时,在坡脚开始出现塑性区（见图3,图

4）;随着F继续增大,方向最大位移继续增大,塑性区继续扩展

（见图5,图6）;当F=3.0时,计算不能收敛,水平位移达到最大

值】016mm（见图7）,塑性区经坡脚贯通至坡顶（见图8）,而这也

是边坡即将破坏的重要标志,所以有限元计算得到的此边坡的安

全系数为2.8.

图3F=1.4时

边坡x方向位移云图

图4F=I.4时

边坡模型塑性应变云图

图5F=2.2时图6F=2.2时

持原有性质.

离散单元法是以牛顿第二定理为理论依据.将目标体看作

为刚体,并按照整个目标体的节理裂隙互相镶嵌排列,在空间每

个岩块有自己的位置并处于平衡状态.

U.250U.7501.25UI.7502.25U

×l0

图9边坡破坏时位移矢量图

4.2在计算有若干节理的岩质边坡方面的比较

运用有限元塑性极限分析方法研究节理岩体边坡的稳定性,

含成组节理岩体的力学行为受控于节理面的方位和强度参数,从

宏观上将节理岩体视为均质各向异性体,在有限元塑性极限分析

中引入节理岩体各向异性的屈服条件,建立了节理岩体边坡有限

元塑性极限分析的上,下限法数学模型.而对于节理组比较多,

节理比较密集或者比较复杂的时候有限元方法则无能为力,并且

其计算结果很难收敛.而用离散元则可以根据节理的参数,计算

得到安全系数2.47,小于上文用离散元计算得到的没有节理的完

整岩质边坡的安全系数2.52.得到的位移矢量图如图10所示,

将其与图9比较可以发现,其破坏形式无节理的情况相似,说明

此边坡因为节理的强度比较高,并没有在节理部位发生相对滑移

等失稳破坏,但是由于节理的存在,其安全系数有所降低.

一一.

…离搴能!

譬兰1）有限元法在处理连续性问题时明显优于离散元;2）离散元警

;,妻圭烹.,色墨苎警耄!

在处暑理的坡等j问,琵具掌竺塞,

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是高:

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璺为岩÷..……孬复痞F妄.,算

.

考,坡警要.,譬.段完全藉萎,全.薮二;,的迭代,

得到安全系数为2?

2.边坡破坏时的位移矢量图见图9.晶度籍磊蓓;）在岩边时,经

苦_【×,∞如∞

7272”们加

第38卷第l1期

?

60?

2012年4月

山西建筑

SHANXIARCHnECTURE

V01.38No.11

Apr.2012

文章编号:

1009-6825（2012）11?

OO6O一02

鄂钢某工程桩基单桩竖向抗压静载试验分析

周华林

（1.武汉理3-大学资源与安全工程学院,湖北武汉430070

王东华黄涛

2.武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公93-程管理部,湖北鄂州436000）

摘要:

以鄂钢干熄焦桩基工程为实例,采用堆载平台法,对3根钻孔灌注桩和1根预制管桩进行单桩竖向抗压静载试验,将得到

的数据进行处理,作出各个试桩的Q—s,s_曲线图,试验结果表明承载力满足设计要求.

关键词:

钻孔灌注桩,预制管桩,静载试验,回弹率,抗压承载力特征值

中图分类号:

TU473文献标识码:

A

单桩静载试验的目的是以实测桩的荷载沉降关系为实质,以

测定桩的承载能力和观测桩的破坏形式为试验目的的具体表现

形式J,单桩静载试验在实际工程检测中应用十分广泛.经过大

量的实际工程验证,在确定单桩极限承载力方面,它是目前最为

准确,可靠的检验方法.

1工程概况

鄂钢干熄焦工程包括干熄焦本体装置,干熄焦锅炉,除盐水

站和除氧给水泵房,汽轮发电站,综合电气室,运焦系统,干熄焦

循环水等,以及与之相配套的地基处理,供电,电信,仪表,总图运

输,消防等辅助的配套设施.该工程基础主要采用直径为6O0nⅡn

的钻孔灌注桩,部分采用直径600mm的管桩,混凝土设计强度等

级C25一C30,工程桩总数320根.

建设场地地层结构与特征由上至下依次为:

①杂填土,场区

内均有分布,层厚0.80m一12.80m;②淤泥质粉质粘土,主要分布

在除氧水泵房,干熄焦和综合电气室一带,层厚0.70m—l3.20m;

③粉质粘土,主要分布在除盐水站和汽轮发电站附近,层厚O.70m～

9.5m（c35）;④残积土,全场分布,厚度0.8m一6.3m,层面埋深

9.55m～20.63m;⑤中风化砂岩,全场分布,厚度0.70m～12.15m,

层面埋深15.50m一23.50m.在厂区内未发现岩溶,滑坡,危岩,

泥石流,采空区等不良地质作用,地下水及土壤对混凝土无腐蚀性.

2试桩选取及基本参数

根据本工程的进度安排和现场的实际情况,这次试验共选取

了有代表性四根桩来检验工程桩的单桩竖向抗压承载力.这四

根分别是27号桩,38号桩,4l号桩和21号桩,其中27号桩,

38号桩,41号桩的设计类型为钻孔灌注桩,2l号桩为预制管桩.

它们的基本参数见表1.

2.1试验方法

本次试验依据JGJ106-2003建筑基桩检测技术规程（以下

简称规范）,本试验采用堆载平台法,上面堆放钢条,堆放时要均

匀,构成加载反力系统（见图1）.用油压千斤顶进行加载.通过

对称布置于桩头的百分表测量桩的变形情况,百分表的分辨力不

小于O.01mm,量程为500mm.所有百分表均用磁性表座固定在

具有一定刚度的基准梁上.

裹1试桩的基本参数

混凝土桩长桩身承载力最大实验桩号桩端持力层

强度等级直径/mill特征值/kN荷~~/kN

27号C25⑤中风化砂岩16.260o10b02O00

38号C⑤中风化砂岩16.16001O002000

41号C25⑤中风化砂岩21.16001O0o2000

2l号C25⑤中风化砂岩22.0600l30o26oO

2.2试验设备及桩基实验前的准备工作

5000kN千斤顶1台;压力传感器1只;百分表2只;位移测

量基准梁采用60mm×2000mm钢管1根;手动油泵站一个;堆

载用钢条约150根,每根重约1.8t,规格6000tonix200咖×

200mm;圆形钢板2块,规格6seemillx20nlnl,分别安置在桩头和

千斤顶顶部;所有设备总加载能力不小于3000kN;50t吊车一台.

实验前,对试桩进行开挖,清除桩头浮浆,以方便放置仪器,

桩帽进行特别制作.所有准备工作做好后,安置仪器.加载装置

示意图如图1所示.

注:

l—桩身;2一千斤顶;3一百分表;4一圆形钢板;5--位移测量基准梁

上部堆毅物为钢条

圈1加载装置示意圈

2.3试验荷栽分级及沉降观测

[3]卢廷浩.岩土数值分析[M].北京:

中国水利水电出版社,[4]

20o8:

6o_78.

熊种.边坡稳定性分析方法综述[J].山西建筑,2010,36

（15）:

121—122.

ComparisononapplicationOffiIliteelement

anddiscreteelementmethodanalysisonslopestability

CHENYou-liangRENXu?

kaiLIUMing-liang

（DepartmentofCivilEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China）

Abstract:

Thispaperanalysedthestabilityofsanlecontinuityrockslopeusingfiniteelementanddiscretedementtwomethods,comparedthefi—

niteelementanddiscreteelementcalculationresultsfromthecalculatedprinciple,calculationofanumberofjointrockslopetwoaspects,gained

someconclusions.SOa8tobetterguidethecalculationofslopestability.

Keywords:

finiteelement,discreteelement,slopestability,safetyfactor

收稿日期:

2012—02—15

作者简介:

周华林（1987-）,男,在读硕士