岩土工程建模第4次作业.docx

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岩土工程建模第4次作业

作业4：

边坡稳定安全系数

分别计算砂土和黏土土坡的稳定安全系数，并分析：

1.合适的网格和边界尺寸;

2.砂土黏土失稳模式区别;

3.坡高分别对黏土和砂土边坡安全系数的影响;

4.砂土摩擦角对边坡安全系数的影响.

求解：

由

可以计算出各种材料的体积模量和剪切模量。

坡的水平长度为

，5米高边坡水平长度为5.958米，为计算方便取为6米，10米高边坡水平长度取为12米。

Case1:

命令流如下：

new

genzonebricksize1,25,10p00,0,0&

p11,0,0&

p20,25,0&

p30,0,5

genzonebricksize1165p00,9,5&

p11,9,5&

p20,25,5&

p30,15,10&

p41,25,5&

p50,25,10&

p61,15,10&

p71,25,10

plotsurf

modelmohr

probulk4.9e6shear1.88e6fric10&

coh1.2e4

inidens2000

fixxyzranz-0.10.1

fixx

fixyrany-0.10.1

fixyrany24.925.1

setgravity00-10

histunbal

solve

saveslopeini1.sav

inixdisp0ydisp0zdisp0

inixvel0yvel0zvel0

solvefosfileslopefos1.sav

restoreslopefos1.sav

Plotfoscontssioutlineonvelred

图15米高clay1边坡滑动矢量图

计算得到的安全系数为1.21.

Case2:

命令流如下：

new

genzonebricksize2,26,10p00,0,0&

p11,0,0&

p20,13,0&

p30,0,5

genzonebricksize2166p00,5,5&

p11,5,5&

p20,13,5&

p30,8,7.5&

p41,13,5&

p50,13,7.5&

p61,8,7.5&

p71,13,7.5

plotsurf

modelmohr

probulk4.9e6shear1.88e6fric10&

coh1.2e4

inidens2000

fixxyzranz-0.10.1

fixx

fixyrany-0.10.1

fixyrany12.913.1

setgravity00-10

histunbal

solve

saveslopeini1.sav

inixdisp0ydisp0zdisp0

inixvel0yvel0zvel0

solvefosfileslopefos1.sav

restoreslopefos1.sav

Plotfoscontssioutlineonvelred

图22.5米高clay1边坡滑动矢量图

计算得到的安全系数为1.97.

Case3:

命令流如下：

new

genzonebricksize1,32,8p00,0,0&

p11,0,0&

p20,16,0&

p30,0,2

genzonebricksize12220p00,5,2&

p11,5,2&

p20,16,2&

p30,11,7&

p41,16,2&

p50,16,7&

p61,11,7&

p71,16,7

plotsurf

modelmohr

probulk25e6shear11.54e6fric40&

coh0.2e3

inidens2000

fixxyzranz-0.10.1

fixx

fixyrany-0.10.1

fixyrany15.916.1

setgravity00-10

histunbal

solve

saveslopeini1.sav

inixdisp0ydisp0zdisp0

inixvel0yvel0zvel0

solvefosfileslopefos1.sav

restoreslopefos1.sav

Plotfoscontssioutlineonvelred

图35米高sand1边坡滑动矢量图

计算得到的安全系数为1.07.

Case4:

命令流如下：

new

genzonebricksize2,64,10p00,0,0&

p11,0,0&

p20,32,0&

p30,0,5

genzonebricksize24420p00,10,5&

p11,10,5&

p20,32,5&

p30,22,15&

p41,32,5&

p50,32,15&

p61,22,15&

p71,32,15

plotsurf

modelmohr

probulk25e6shear11.54e6fric40&

coh0.2e3

inidens2000

fixxyzranz-0.10.1

fixx

fixyrany-0.10.1

fixyrany31.932.1

setgravity00-10

histunbal

setmechratio5e-5

solve

saveslopeini1.sav

inixdisp0ydisp0zdisp0

inixvel0yvel0zvel0

solvefosfileslopefos1.sav

restoreslopefos1.sav

Plotfoscontssioutlineonvelred

图410米sand1边坡滑动矢量图

计算得到的安全系数为1.07.

Case5:

命令流如下：

new

genzonebricksize2,48,4p00,0,0&

p11,0,0&

p20,16,0&

p30,0,2

genzonebricksize23310p00,5,2&

p11,5,2&

p20,16,2&

p30,11,7&

p41,16,2&

p50,16,7&

p61,11,7&

p71,16,7

plotsurf

modelmohr

probulk25e6shear11.54e6fric45&

coh0.2e3

inidens2000

fixxyzranz-0.10.1

fixx

fixyrany-0.10.1

fixyrany15.916.1

setgravity00-10

histunbal

solve

saveslopeini1.sav

inixdisp0ydisp0zdisp0

inixvel0yvel0zvel0

solvefosfileslopefos1.sav

restoreslopefos1.sav

Plotfoscontssioutlineonvelred

图55米sand2边坡滑动矢量图

计算得到的安全系数为1.18.

讨论：

1、合适的网格和边界尺寸

经过反复划分网格计算，每个网格的大小宜小于1米，在边坡滑动方向缩小网格大小，边坡的安全系数变化得比较大，说明在这个方向网格比较敏感，在厚度方向变化网格，安全系数基本上没有什么变化，这在计算时可以适当放宽网格的尺寸，可以加快计算速度。

坡顶长度对粘土影响比较大，对沙土影响比较小，这是因为粘土是深层滑动，而沙土是浅层滑动。

2、砂土黏土失稳模式区别

计算过程中可以发现，沙土收敛的速度比较慢，计算花费的时间比较长，特别是当沙土的内摩擦角与边坡的角度相同时更明显，不平衡力可能会在某一个值附近反复跳动而不能继续往下面计算下去，鉴于此，在计算中通过适当加大不平衡力来解决这个问题。

从位移矢量图中可以看出，粘土边坡是深层滑动，沙土是浅层滑动，这应该是因为粘土存在比较大的粘聚力，而沙土只有很小甚至是没有粘聚力的原因。

3、坡高分别对黏土和砂土边坡安全系数的影响

当边坡的坡角和材料的性质相同时，5m高和2.5m高粘土边坡的安全系数分别为1.21和1.97，很明显的可以看到，坡高对粘土的安全系数影响很大；当边坡的坡角和材料的性质相同时，5m和10m高的沙土边坡的安全系数都为1.07，这说明对于没有粘聚力或者粘聚力很小时，沙土的边坡的安全系数基本上和坡高没有关系，可以以下面的简单公式计算其安全系数

，对于此题，摩擦角和坡角都是40度，理论上安全系数为1，这可能是因为计算中仍假定沙土有一定的粘聚力，以及为计算方便边坡底边取了近似，从而和理论值有一些很小的差别，但基本上仍在工程可以接受的范围以内。

4.砂土摩擦角对边坡安全系数的影响

沙土安全系数理论上可以通过如下的公式简单的计算出来，

，对于此边坡，由于边坡的角度为40度，当沙土的摩擦角为40度时，安全系数为1，计算结果为1.07，当摩擦角为45度是，理论上安全系数为1.19，计算的安全系数为1.18.从结果可以看出，一般只有沙土的摩擦角影响边坡的安全系数，而边坡的高度对沙土边坡安全系数基本上没有影响。