基于ABAQUS的高土石坝边坡稳定分析研究

摘要

高土石坝的边坡稳定是岩土力学中一个重要的问题。近年来有限元强度折减法由于其不需预设滑裂面和精确计算内力等优点，已经成为高坝稳定分析中的一种重要手段。本文以大型通用软件ABAQUS为平台，采用有限元强度折减法对高土石坝边坡稳定性研究开展了以下工作：
　　 1、在ABAQUS软件中通过将折减系数定义为场变量，使得有限元强度减法一步到位，节省了大量计算时间，并且计算结果更加精确可靠。通过对边坡稳定分析的结果，对有限元强度折减法的三种判据进行了探讨研究：采用数值计算不收敛准则来进行判定，会使边坡安全系数偏大；采用边坡土体塑性区贯通和位移拐点法判据，从本质上来讲能准确真实的反映边坡的屈服破坏过程，得到的安全系数与传统的极限平衡法差不多，值得推广。
　　 2、采用有限元强度折减法对水利水电工程中普遍采用的面板堆石坝标准坡度所对应的安全系数进行分析，同时和土石坝专用设计程序STAB计算得到的结果进行比较，发现在正确选择计算参数的前提下，对于堆石料使用线性有咬合力强度指标计算结果和采用非线性强度指标计算结果接近，并且两者的临界滑裂面也较吻合。
　　 3、在ABAQUS软件中为了能分别验算上游坝坡以及下游坝坡的安全系数，我们做如下处理：在验算上游坝坡时，相应的调大下游堆石材料的抗剪强度，这样坝体在荷载作用下先在上游坝坡发生破坏；同理在验算下游坝坡时，相应调大上游堆石材料的抗剪强度，使得坝体在下游坝坡发生破坏。考虑到水平地震荷载作用时，可将坝体模型分为若干层，对每一层采用水平地震荷载梯形分布区域的中位线值来模拟水平向地震惯性力。对于土石坝稳定渗流期，可先进行非饱和渗流分析，得到坝体在水渗流作用下的应力场分布，然后将该应力场作为强度折减分析步的初始应力场对坝坡上下游进行稳定分析。
　　 4、对314m高的双江口心墙堆石坝六种不同工况开展了有限元强度折减法与极限平衡法的平行计算，并对结果进行了对比分析，为工程实践提供了科学依据。