土體邊坡仿真分析

王永興 李 洋 付俊強

摘要:文章選用模擬單元對邊坡施工過程中的土體受力問題進(jìn)行了有限元分析。通過對邊界條件的真是模擬,清晰的的獲得了應(yīng)力、應(yīng)變、位移等信息,得出了土體開挖過程中的受力狀態(tài),為安全施工提供了保障。

關(guān)鍵詞:邊坡;模擬單元;仿真

中圖分類號:TV698.17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)24-0139-01

邊坡的防護對于邊坡的穩(wěn)定、安全使用、美化道路、保護環(huán)境和經(jīng)濟效益都起著重要的作用。根據(jù)地質(zhì)條件,合理選擇邊坡的設(shè)計坡度,對于邊坡的穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。邊坡過陡,難以穩(wěn)定,導(dǎo)致經(jīng)濟指標(biāo)高;過緩雖對穩(wěn)定有利,但是會增大土石方量,甚至?xí)加酶嗟耐恋亍＿吰碌姆雷o設(shè)計是道路設(shè)計、施工中的重要環(huán)節(jié),尤其實在修建山區(qū)道路時更為突出。由于邊坡防護工程與地質(zhì)條件有關(guān),很難通過手工計算來驗證防護措施。因此,隨著計算機模擬數(shù)值技術(shù)的發(fā)展,有限元方法以其強大的通用性在路基處理方面占據(jù)了重要作用。

1邊坡施工中的研究

①建模與加載。擋土墻選用Beam3[1]單元,Beam3單軸元素,具有拉,壓,彎性能。在每個節(jié)點有3個自由度。X,y,方向以及繞z軸的旋轉(zhuǎn)。;圍巖地址模擬選用PLANE 42單元,Plane42元素即可用于平面單元(平面應(yīng)力或平面應(yīng)變)也可用于軸對稱單元。該元素由4個節(jié)點定義,每個節(jié)點2個自由度:x,y方向。具有塑性,徐變,膨脹,應(yīng)力強化,大變形,大應(yīng)變能力。。對擋土墻以上的部分的圍巖地址定義為“KILL ELEMENT”,更加真實的模擬邊坡來挖工程。對邊坡邊界施加約束荷載和重力加速度,具體如圖1所示(圖1中擋土墻部分以上為不被激活的單元)。

②位移變形圖。運行求解命令進(jìn)行求解,進(jìn)入后處理提取出位移變形與云圖如下圖所示。從圖中可以看出土體的位移變化,隨著深度的增加位移值越來越大,但是在擋土墻附近的位移最小,這是因為擋土墻以上的單元處于未被激活的狀態(tài),與實際工程相吻合。

③應(yīng)力云圖。節(jié)點應(yīng)力云圖[2]如下圖所示,在平均應(yīng)力圖中擋土墻周圍的應(yīng)力降低,整個擋土墻成為分界點,在擋土墻左部應(yīng)力幾乎為零;除了擋土墻其余部分的應(yīng)力隨著深度的增加而增大,直至到達(dá)端部道道最大。表明邊坡施工過程中的設(shè)計、施工重點是擋土墻背后產(chǎn)生的應(yīng)力突變問題,這也印證了單元生死法將擋土墻以上的圍巖“凍結(jié)”,不參與計算的假定。

2 結(jié) 語

有限元數(shù)值仿真模擬提取出的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等數(shù)據(jù)有效的彌補了工程試驗的有限性,應(yīng)力如圖3所示。隨著有限元技術(shù)的不斷完善,有限元理論與工程實踐的合理結(jié)合必將為結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工作提供重要的依據(jù)和指導(dǎo)。