强度折减有限元法

摘要： 在基坑桩锚支护体系设计中,正确合理地分析基坑失稳破坏安全系数显得非常重要.本文基于不同的基坑失稳破坏机理,对目前最常用的圆弧滑动条分法、K ranz法及强度折减有限元法进行了详细的介绍,并结合这三种方法计算了某一典型基坑桩锚支护体系的失稳破坏安全系数,分析了不同锚杆自由段长度、锚杆锚固段长度、围护桩嵌固深度下三种安全系数的变化趋势.研究表明:由于基于不同的基坑失稳破坏机制,圆弧滑动条分法安全系数与Kranz法安全系数具有一定差异性;Kranz法适用于土层性质较好、锚杆设计长度及围护桩嵌固深度较小基坑的稳定性验证,圆弧滑动条分法适用于土层性质较差、锚杆设计长度及围护桩嵌固深度较大基坑的稳定性验证.此外,强度折减有限元法可以与Kranz法或圆弧滑动条分法相结合来指导基坑的设计.

摘要： 为了研究雨水反复浸蚀作用对边坡稳定性的影响,根据不同强度的降雨,对边坡台阶和坡面进行雨水浸润范围的划分,利用ABAQUS有限元软件并采用更有效的参数折减方式对雨水的反复浸蚀作用进行模拟.结果显示:采用经过调整的参数折减方式使得内摩擦角的折减路径更贴近反正切函数曲线;在划分边坡浸润区后,经过强度折减,边坡主要沿着坡面浸润区发生破坏.虽然边坡内部大多都在强度范围之内,但边坡的安全系数逐步越低;随着边坡浸润区范围的扩大,坡脚处的塑性区域逐渐减小,边坡也从整体失稳破坏过渡到局部浸润区产生滑移体,不会再产生传统的塑性贯通区.%In order to study the influence of repeated erosion of different degree rainfall on slope stability,the steps and slopes of the soil slope are divided into different rainfall infiltration range. The finite element method and new strength reduction method based on ABAQUS software are used to analyze the repeated erosion of rainfall on the slope. The results show that the reduction curve of the internal friction angle is more consistent with the inverse trigonometric function curve by using the new strength reduction method;the failure region is mainly along the slope infiltration area after the division of the slope infiltration area. Although the most area of the slope is within the intensity range,but the slope of the safety factor is gradually reduced. The plastic zone seated in the foot of the slope is decreased gradually with the increasing of the slope infiltration area,and the failure mode of the slope is changed from the overall instability to the local slip failure in the infiltrating zone,and the plastic penetration zone would not be occurred.

摘要： In the aim of obtaining the relationship between microcosmic mechanism of soil slope instability and macroscopic displacement,a method of slope stability evaluation is proposed.The internal correlation between the soil element stress and the whole stability in the process of soil slope sliding was analyzed through shear strength reduction finite element method,and the stress difference of soil unit on the potential sliding surface during progressive failure of slope was defined.In subsequence,the consistency and uniformity among different criteria,including plastic zone penetration,abrupt change of characteristic displacement,and stress difference,were verified through instability evaluation.Furthermore,the influences of geometric and physical parameters on the horizontal displacement of slope top in limit state were analyzed through single-factor sensitivity analysis method.These parameters include slope height,slope ratio,elastic modulus,density,cohesion,internal friction angle,and Poisson ratio.Finally,the normalized failure criterion for soil slope based on deformation in consideration of both geometric and physical factors was established through the method of coefficient of variation.%为建立土质边坡失稳的微观机理和宏观位移之间的关系,应用有限元强度折减法,分析了失稳过程中土质边坡土体单元应力状态和整体稳定性的联系,定义了边坡渐进破坏时潜在滑动面上土体单元的应力差;分别采用塑性应变区贯通、特征点位移突变、应力差等不同失稳判据对均质土坡的稳定性进行判断分析,验证了不同边坡失稳判据间的一致性与统一性.通过单因素敏感性分析方法,分析了边坡几何参数(坡高、坡比)与物理力学参数(弹性模量、重度、黏聚力、内摩擦角和泊松比等)对极限状态下边坡坡顶水平位移的影响;结合归一化变量的变异系数法,构建了以变形量为基础,同时考虑几何因素与物理因素的土质边坡归一化失稳判据,提出了边坡稳定性的评价方法.

摘要： 通过总结前人对边坡的研究,分析目前国内边坡的研究现状.基于ANSYS有限元软件,结合国内某矿边坡工程实例,通过强度折减法求解准确的边坡稳定安全系数;计算模型采用平面应变摩尔-库仑匹配D-P准则,模型边界设置约束条件,在稳定系数等于2.86时,解不收敛且塑性区贯通至坡顶,此时边坡发生滑坡,因此该边坡的边坡稳定安全系数应该取2.85较为准确且合理.

摘要： 利用基于ABAQUS的强度折减有限元法,耦合正交设计和灰色关联分析法,对某均质边坡的6个主要影响因素进行敏感性分析。结果表明,各因素敏感性排序为:粘聚力>内摩擦角>坡顶载荷>坡角>容重>坡高。边坡敏感性耦合分析法不仅考虑了因素间的交互作用,且弱化了随机性,计算简单可靠。

摘要： 提出基于商业软件ABAQUS的边坡稳定分析的随机有限元法。采用Karhunen-Loeve级数展开方法建立土体抗剪强度参数的随机场模型，在强度折减有限元法的基础上模拟边坡失稳过程，并采用塑性屈服区贯通以及计算不收敛判据作为边坡失稳判据，利用python脚本文件分析最危险滑面分布规律。运用该方法研究土体内摩擦角和黏聚力的空间变异性对边坡稳定性的影响。研究结果表明：所提的边坡稳定分析的随机有限元法操作简单易于实现，能够从安全系数以及最危险滑面2个方面分析土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡稳定性的影响；内摩擦角随机场中相关长度的改变对边坡的稳定性影响不明显；而黏聚力的空间变异性对边坡稳定性影响则相对更大，黏聚力随机场中水平与竖直相关长度的比值不同，边坡稳定性的变化规律不同。此外，内摩擦角与黏聚力的相关系数越大，失效概率越高，最危险滑面分布越广。%A stochastic finite element method was proposed to analyze slope stability based on ABAQUS. Firstly, the Karhunen-Loeve (K-L) expansion method was used to build the random field model of shear strength parameters. Thereafter, the strength reduction finite element method was adopted to simulate the process of slope failure. The criteria for evaluating stability of slope were connectivity of plastic zone and convergence of numerical computation. Finally, the distribution of critical slip surfaces was determined by python script. The proposed method was used to study the effect of spatial variation of internal friction angle and spatial cohesion on the slope stability. The results indicate that the proposed stochastic finite element method is easy to operate and implement. It can analyze the effect of spatial variation of soil parameter on the slope stability from two aspects:safety factor and the critical slip surface. The stability of a slope with different correlation length of friction is similar. The variation trend of slope stability is contrary with two different ratio of horizontal correlation length to vertical correlation length while considering spatial variation of cohesion. Besides, as the correlation coefficient of soil parameters increases, the failure probability is higher, and the distribution of critical slip surface is wider.

摘要： 某水电工程崩坡积体规模大，距坝址近，地质条件复杂，其稳定性对枢纽建筑物至关重要。采用有限元强度折减法对崩坡积体稳定性进行评价，计算不同安全判据下崩坡积体的安全系数，并与刚体极限平衡法计算结果进行对比，最终建议采用多种安全判据同时判断崩坡积体稳定性。分析结果对崩坡积体安全性做出了定量评价，对崩坡积体的支护处理具有一定的指导意义。%The colluvial slope of a hydropower project, closed to the dam site, is large in scale, complicated in geological con-dition and its stability is very important to the main buildings of the hydro-complex. The slope stability is evaluated with strength reduction FEM and the safety coefficients by different instability criterions are discussed and compared with the result by limit e-quilibrium method. It is recommended that the colluvial slope stability should be judged by using a variety of safety criterions. The quantitative evaluation on colluvial slope safety is significant to the colluvial slope supporting.

摘要： 针对边坡稳定分析中采用的材料参数强度折减法，采用基于ABAQUS场变量来控制强度参数的折减。通过实际工程算例分析，并与采用极限平衡法进行对比。结果表明：采用塑性区的贯通和最大位移突变作为极限状态判据所得到的安全系数是合理可靠的。%According to the material strength reduction method used in slope stability analysis, this paper deals with strength reduction controllingbased on ABAQUS field driving. Through the actual engineering example analysis, the limit equilibrium is compared. It shows that the judgment of plastic zone breakthrough and displacement mutation as criterion for stability is reasonable and reliable.

摘要： There are many complex factors that affect the stability of slope,and the overloading effect is one of main factors which lead to the slope instability.Based on the strength reduction fi-nite element method,this paper carries out the stability calculation of soil slope under the action of slope surfaces of different kinds and analyzes the variant laws of slope stability in the slope sur-face loading changes and the instability failure mode in the potential sliding surface.The research results indicate that the soil slope is likely to trigger the slope instability failure under the action of slope surface overloads and that the different slope loading modes may have the different slope instability failure modes,and the failure modes are likely to make the whole instability convert in-to the local instability.%影响边坡失稳的因素众多而且繁杂，超载作用是诱发土质边坡失稳的主要因素之一。基于强度折减有限元法对土质边坡进行了不同坡面超载作用下的稳定性计算，并分析了在坡面加载变化时边坡稳定性的变化规律及其潜在滑动面的失稳破坏形式。研究表明：坡面超载作用下土质边坡可能会触发边坡失稳破坏，坡面加载方式不同，边坡失稳破坏模式不同，破坏模式可能会由整体失稳转化为局部失稳。

摘要： 介绍了碎石桩、强夯置换两种工程常用的山区高填方地基的处理方式.为了解不同地基处理方式下,山区机场高填方边坡的稳定性,采用强度折减有限元法及对比研究的手段对昆明新机场79-79'工程地质剖面处边坡的稳定性进行分析,而且将强度折减有限元与简化Bishop方法的计算结果进行对比.另外,对土体强度参数未折减时,不同地基处理方式下的边坡位移及剪应变也进行比较.结果表明:用碎石桩或强夯置换处理坡脚内地基的相对软弱土层,不仅能有效提高边坡安全系数,还能大幅度减小边坡的最大剪应变与最大位移;当边坡的最危险滑移面接近圆弧形时,强度折减有限元法与简化Bishop法计算所得安全系数与最危险滑移面均接近,且强度折减有限元法计算的安全系数略偏小,偏于安全;当中风化基岩上方覆盖土层深度大于强夯置换的有效处理深度时,用碎石桩处理原地基效果更优.

摘要： 极限分析有限元法兼有极限分析法与有限元法两者的优点,有良好发展前景.指出其失稳破坏判据,首先是滑动面上塑性区贯通,然后滑动面上应变与位移发生突变,标志滑体出现无限滑动,此时恰好计算不收敛,因而目前采用的计算不收敛作为破坏判据是合适的.并指出经典极限分析中强度折减安全系数的定义与强度折减有限元法中安全系数定稍有差异,可通过变换进行修正.文中首次提出了表征隧道整体破坏与局部破坏的隧道整体安全系数及其潜在破裂面.从而为隧道设计提供了定量依据.

摘要： 为分析不同地基处理措施对西南山区机场高填方边坡稳定的影响,用强度折减有限元法对坡脚前方综合采用反压护道与强夯置换、碎石桩的地基处理措施进行比较研究,给出了边坡稳定安全系数、最危险滑动面及其随不同地基处理措施、处理宽度的变化情况.研究表明:"先碎石桩后反压"与"先强夯置换后反压"的坡脚前方地基综合处理方法比单独用反压护道处理的方法更加优越;土层参数、边坡尺寸及反压护道高度等条件不变时,各种加固措施对边坡稳定安全系数的提高均存在一个极大值,这个极大值的出现往往伴随着边坡失效机制的改变;仅用碎石桩或强夯置换处理脚前方软弱地基,对高填方边坡的稳定安全性提高作用非常有限.该文的研究成果可为山区高填方边坡地基处理方案的优选提供参考。

摘要： 以某铜矿尾矿库主坝为例,应用有限元强度折减法原理,结合数值仿真分析方法,从尾矿坝力学稳定和受力破环的角度,应用有限元软件对尾矿坝坝体的应力场和位移场进行了稳定性仿真分析,得出尾矿坝相应的安全系数,给出了坝体坝坡濒临破坏时的最大应力和位移分布情况,得到了以下结论：(1)强度折减有限元法分析边坡稳定问题，克服了极限平衡法的不足，可以比较准确地模拟土的本构关系，并通过分步计算了解边坡稳定破坏的发生及发展过程，模拟出边坡的实际滑动面。(2)以有限元静力平衡计算不收敛作为边坡整体失稳的标志，其折减系数本身就是传统意义上的稳定系数，通过强度折减来分析结构的稳定性，直至临界状态为止，此时的折减系数就是所要求的稳定系数。(3)应用强度折减有限元法对尾矿坝的稳定性进行分析，实例分析表明，能高效、准确、直观地反映尾矿坝边坡稳定性情况。

摘要： 在介绍边坡稳定分析的强度折减有限元法与极限平衡法基本原理及比较采用两者进行边坡稳定分析优缺点的基础上，分别采用有限元强度折减法与极限平衡法，对不同坡角的均质土层边坡进行边坡稳定分析，比较得到的边坡安全系数和潜在破坏面，计算结果表明。两种方法所得到边坡滑动面的形状和边坡整体稳定安全系数基本一致；同时，通过对有限元强度折减法中计算参数变化对边坡稳定性影响的分析研究，得出了有限元强度折减法计算中增加的三个参数(Ψ、Ε和ν)对边坡安全系数影响很小的结论，再次证明了应用强度折减有限元法对边坡稳定数值模拟的合理性与可行性。

摘要： 采取该弹塑性有限元程序,在考虑施工爆破、岩体节理影响的条件下,对常一张高速公路的重点边坡的施工过程进行了模拟,分析了开挖过程中,岩体的变形和应力状态及屈服状态,并用降低材料强度储备的有限元强度折减法,根据边坡岩体单元的屈服连通程度和关键部位的位移变化对高边坡的整体安全系数进行了研究.通过对重点边坡K123的分析表明,边坡在其施工过程中是稳定的.

摘要： 通过开展未加固边坡、初步加固设计、变更加固设计、推荐加固等条件下边坡及加同稳定性的研究对比，探讨了三峡库区云阳龙洞抗滑桩加固边坡的失稳机制。研究结果表明，龙洞滑坡抗滑治理失效有2个主要原因：(1)非饱和土边坡基质吸力的丧失和重度的增大使得边坡安全系数大大降低;(2)加崮设计没有针对该边坡上部和下部存在的两个都会导致局部失稳的滑动面进行有效地加固。同时研究表明，文中推荐的加固方案能够较好地控制两个局部滑动面，使得边坡整体和局部均处于稳定状态，可取得良好的加固效果。

摘要： 通过开展未加固边坡、初步加固设计、变更加固设计、推荐加固等条件下边坡及加同稳定性的研究对比，探讨了三峡库区云阳龙洞抗滑桩加固边坡的失稳机制。研究结果表明，龙洞滑坡抗滑治理失效有2个主要原因：(1)非饱和土边坡基质吸力的丧失和重度的增大使得边坡安全系数大大降低;(2)加崮设计没有针对该边坡上部和下部存在的两个都会导致局部失稳的滑动面进行有效地加固。同时研究表明，文中推荐的加固方案能够较好地控制两个局部滑动面，使得边坡整体和局部均处于稳定状态，可取得良好的加固效果。

摘要： 通过开展未加固边坡、初步加固设计、变更加固设计、推荐加固等条件下边坡及加同稳定性的研究对比，探讨了三峡库区云阳龙洞抗滑桩加固边坡的失稳机制。研究结果表明，龙洞滑坡抗滑治理失效有2个主要原因：(1)非饱和土边坡基质吸力的丧失和重度的增大使得边坡安全系数大大降低;(2)加崮设计没有针对该边坡上部和下部存在的两个都会导致局部失稳的滑动面进行有效地加固。同时研究表明，文中推荐的加固方案能够较好地控制两个局部滑动面，使得边坡整体和局部均处于稳定状态，可取得良好的加固效果。

摘要： 通过开展未加固边坡、初步加固设计、变更加固设计、推荐加固等条件下边坡及加同稳定性的研究对比，探讨了三峡库区云阳龙洞抗滑桩加固边坡的失稳机制。研究结果表明，龙洞滑坡抗滑治理失效有2个主要原因：(1)非饱和土边坡基质吸力的丧失和重度的增大使得边坡安全系数大大降低;(2)加崮设计没有针对该边坡上部和下部存在的两个都会导致局部失稳的滑动面进行有效地加固。同时研究表明，文中推荐的加固方案能够较好地控制两个局部滑动面，使得边坡整体和局部均处于稳定状态，可取得良好的加固效果。

摘要： 本发明涉及一种基于p型有限元法和围线积分法求解复合型应力强度因子的计算方法，属于断裂力学领域，特别是对含裂纹构件断裂进行计算。步骤1构建含裂纹构件有限元模型；步骤2将含裂纹构件有限元模型采用p型有限元法计算得到含裂纹构件的位移场、应力场和应变场；步骤3采用围线积分法选择包含裂纹尖端的一条围线，根据步骤2得到的该围线上的位移值和应力值导出裂纹处的应力强度因子；步骤4判断所得的应力强度因子是否满足精度要求，如未满足精度要求，提高插值多项式的阶次，返回步骤2。本发明将p型有限元法应用于断裂力学领域，并结合围线积分法，得到一种求解复合型应力强度因子的自适应计算方法。

摘要： 本发明涉及计算机辅助工程技术领域，尤其涉及基于有限元法的底盘悬挂系统的强度及台架耐久分析方法。包括以下步骤：步骤S1：建立底盘悬挂系统的有限元模型，步骤S2：底盘悬挂系统的有限元模型验证，步骤S3：强度及台架耐久工况，步骤S4：强度及台架耐久分析。提升了底盘悬挂件的强度及台架耐久分析的效率，同时提高了强度与台架耐久性能验证精度。在行业上，底盘悬挂系统的结构件建模已相当成熟，不存在模型简化不合理问题。本发明提出的底盘悬挂系统有限元模型，是不需ADAMS进行底盘件载荷分解，该有限元模型是与实验对标准确的，能直接控制底盘悬挂件的强度及台架耐久分析精度。

摘要： 本发明涉及一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，该建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元三维网格模型，通过MATLAB编程与AutoCAD二次开发技术并结合HyperMesh软件操作，实现了由胎面花纹二维结构设计图直接生成轮胎有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。本发明由胎面花纹二维结构设计图通过建模程序自动生成轮胎花纹有限元三维网格模型，建模效率比传统方法提高了一倍以上，建模过程科学高效，具有很大的应用价值，并且为子午线轮胎复杂胎面花纹有限元自动建模技术的探索提供了新的思路。

摘要： 本发明公开了一种基于有限元强度折减法的边坡支护结构设计方法，它包括：步骤1、确定支护结构形式，确定支护结构尺寸及布置；步骤2、建立支护结构边坡有限元模型，支护结构采用弹性本构的结构单元进行模拟，根据边坡工程安全等级确定边坡安全系数Fs，获得有限元模型中折减后的土体粘聚力c折减和内摩擦角步骤3、对有限元模型进行弹塑性静力分析获得各个支护结构的内力，根据内力进行支护结构设计；解决了现有边坡支护结构设计方法未考虑变形协调以及需要假定外力分布形式的不足。

摘要： 本发明公开了一种基于有限元强度折减法的支护结构边坡稳定评价方法，它包括根据支护结构边坡的设计文件，获取支护结构的极限承载能力；根据支护结构边坡设计文件中的模型建立有限元模型；对有限元模型土体单元的粘聚力c和内摩擦角采用强度折减法进行折减，通过折减后得到的一组以上的粘聚力c和内摩擦角对有限元模型进行弹塑性应力应变分析，试算出一组粘聚力c和内摩擦角，使其对应的有限元模型中的任意一个支护结构最先达到极限承载能力即认为此时的粘聚力c和内摩擦角对应的折减系数为该支护结构边坡的安全系数；解决了采用有限元强度折减法在计算支护结构边坡安全系数时安全系数严重失真等技术问题。

摘要： 本发明涉及一种基于p型有限元法和围线积分法求解复合型应力强度因子的计算方法，属于断裂力学领域，特别是对含裂纹构件断裂进行计算。步骤1构建含裂纹构件有限元模型；步骤2将含裂纹构件有限元模型采用p型有限元法计算得到含裂纹构件的位移场、应力场和应变场；步骤3采用围线积分法选择包含裂纹尖端的一条围线，根据步骤2得到的该围线上的位移值和应力值导出裂纹处的应力强度因子；步骤4判断所得的应力强度因子是否满足精度要求，如未满足精度要求，提高插值多项式的阶次，返回步骤2。本发明将p型有限元法应用于断裂力学领域，并结合围线积分法，得到一种求解复合型应力强度因子的自适应计算方法。

摘要： 本发明涉及计算机辅助工程技术领域，尤其涉及基于有限元法的底盘悬挂系统的强度及台架耐久分析方法。包括以下步骤：步骤S1：建立底盘悬挂系统的有限元模型，步骤S2：底盘悬挂系统的有限元模型验证，步骤S3：强度及台架耐久工况，步骤S4：强度及台架耐久分析。提升了底盘悬挂件的强度及台架耐久分析的效率，同时提高了强度与台架耐久性能验证精度。在行业上，底盘悬挂系统的结构件建模已相当成熟，不存在模型简化不合理问题。本发明提出的底盘悬挂系统有限元模型，是不需ADAMS进行底盘件载荷分解，该有限元模型是与实验对标准确的，能直接控制底盘悬挂件的强度及台架耐久分析精度。

摘要： 本发明公开了一种基于abaqus有限元软件的切石机基础有限元建模及动力仿真分析方法，abaqus有限元软件包括前处理、求解和后处理三大步骤。前处理主要是有限元建模及网格划分；求解是对已建好的有限元模型进行计算；后处理则是对计算结果进行分析、处理。本发明分析方法简单，以切石机基础建立有限元模型，为有限元模拟达到预期的研究效果，能够得到精确地仿真数据。

摘要： 本发明提供一种基于逆有限元与有限元方法的结构状态监测及载荷识别方法，包括：选用适配的逆壳单元对板壳结构进行离散；基于mindlin板理论计算每个逆壳单元的膜应变、弯曲应变以及剪切应变；在逆壳单元的上下表面选取应变测量点，并在应变测量点上粘贴应变传感器实时测量应变，得到应变测量数据；基于应变测量数据，计算每个逆壳单元的膜应变以及曲率；基于最小二乘方法构造泛函，对节点自由度求导，得到逆壳单元的类刚度矩阵和载荷矩阵并组装，赋予恰当的边界条件，计算结构的位移场；利用有限元方法构建的位移场与加载力向量之间的关系，并利用Tikhonov降低应变采集和位移重构产生的误差，实现对结构的状态信息的监测和载荷信息识别。

摘要： 一种基于有限元超收敛性的静电场光滑有限元数值算法。输入数据，所述数据为数值数据；根据节点编号和节点坐标，对所有节点按照节点序号顺序循环，并判断其是否为内部节点；当节点为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算重构点附近超收敛点坐标和超收敛点原始梯度，以此计算多项式展开和重构梯度，所述内部节点为至少预设数目的单元的共同节点；当节点不为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算不同单元中重构点的梯度和重构点梯度平均值。本发明提出了一种高精度、高效率的静电场光滑有限元数值计算方法，在保证计算效率的前提下，极大改善了静电场梯度计算的精度与收敛速度。