三维滑坡有限元模拟分析
《岩土软件开发与应用》
三维滑坡有限元模拟分析
1 模型建立
1.1 模型尺寸
本文滑坡有限元模拟采用高级有限元软件MSC.Marc。建立的三维模型如图1-1所示。模型中，滑床高度500m，长度1000m，宽度500m。滑坡滑面为圆弧滑动面，最上部分为滑体，滑床与滑体之间为滑面。
图1-1 滑坡三维有限元模型
1.2 模型参数
滑坡模型的详细计算参数如表1-2所示。
滑坡模型各材料计算参数表1-2
弹性模量（Mpa） 500 20 密度3介质 滑体 滑面
泊松比 0.28 0.35 凝聚力摩擦角（） 31 21 。抗拉强度（Mpa） 0.2 0.01 （MN/m） （Mpa） 0.022 0.018 1
硬化指数 0.9 1 0.2 0.01 滑床 2000 0.24 0.025 5 40 5 0.7 对于滑坡的土层参数，有限元软件MSC.Marc提供了土的修正后的线性摩尔—库伦理论模型，模型中的所有土层均采用该理论模型。 1.3 模型边界条件
1) 滑床的侧边和底部结点均控制结点无位移；
2) 模型的侧边结点控制为z方向无位移，即滑床、滑体和滑面无侧向挤出； 3) 滑体及滑面单元施加重力荷载，荷载大小为表1-2中相应的参数。
2 计算结果分析
2.1 最大主应力分布特征
滑坡的最大主应力分布云图如图2-1所示，从图中可以看出，滑床与滑体和滑面上部相接触的部位的最大主应力为正值，这表示此处最大主应力表现为拉应力。滑床、滑面和滑体都有一定的粘聚力，滑体在重力作用下有向下的滑动趋势，滑床在滑体的牵拽作用下就表现出了拉应力。在滑体的中下部，土体最大主应力表现为了负值，这表示该处最大主应力表现为压应力。这是由于滑体本身具有重力，重力对滑体下部、滑面及与之相接处的滑床部分土体有相应的压应力。
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图2-1 滑坡最大主应力分布云图
从整个模型云图可以看出，以坡中滑体上部为分界，上部的滑床土体都表现为拉应力，下部滑床则表现为压应力，这主要是受土体重力的影响。在表现压应力的土体中，滑面周围的最大主应力是最大的，这也直观表现出了滑动面的不稳定特性。图中可以清晰的看出，滑面上的最大主应力值从上而下从正值渐变为负值，而且越接近滑体下部，滑面上的最大主应力越向负值偏大。从图可以看出，滑面上下两端的最大主应力不仅分别表现为拉应力和压应力，而且其数值上也都大约在106水平。
对于滑体坡脚部位，可以看出这部分土体处于凌空状态，从而在云图中的反应就是其最大主应力为0。 2.2 最小主应力分布特征
滑坡的最小主应力分布云图如图2-1所示，从图中可以看出，滑床与滑体和滑面上部相接触的部位的最小主应力很小，趋近于0，这表示此处最小主应力及其微小。与最大主应力分布特征相似，在滑体的中下部，土体最小主应力
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表现为了负值，这表示该处最小主应力也表现为压应力。这是由于滑体本身具有重力，重力对滑体下部、滑面及与之相接处的滑床部分土体有相应的压应力。
图2-2 滑坡最小主应力分布云图
从整个模型云图可以看出，以坡中滑体上部为分界，上部的滑床土体受力较小，几乎为0。下部滑床则表现为压应力，这主要是受土体重力的影响。在表现压应力的土体中，滑面周围的最小主应力也是最大的，这依然直观表现出了滑动面的不稳定特性。
观察整个滑动面，可以看出其上的最小主应力分布与上述最大主应力分布特征相似，滑面上的最小主应力值从上而下偏向于负值越来越大。 2.3 最大剪应力分布特征
滑坡的最大剪应力分布云图如图2-3所示，滑坡剪应力的分布主要集中在滑体及其以下土层。其余部分虽有相应的最大剪应力，但是与滑体处相比，其最大剪应力表现较小。对于滑体来说，在滑体的上部只存在相对较小的最大剪应力，而在滑体下部，最大剪应力逐渐增大。
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长安大学岩土软件开发应用 - 图文
