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三/—。年第期
排土场边坡稳定性有限元法研究及应用
曹文贵方祖烈唐学军
———’、—一
北京科技大学北京
【摘要】本文从排土扬边坡岩石破坏模型入手,考虑到排土扬形成的模拟,
地震效应以反地下水的力学作用,采用弹塑性有限元分析方法对其边坡稳定性
进行分析研究,并引入抗剪破坏安全度的概念,对迫坡稳定性进行评价。应用于
南芬坦儿沟排土扬边坡稳定性研究,其计算结果与极限平衡分析结果进行
度极限平衡
分析的理论与
排土场稳定性研究起步较晚,直到七方法
十年代末国际上才有一些不系统的研究, 拉剪破坏准则
我国在八十年代后期先后在南芬铁矿及朱. 屈服准则
家包包铁矿进行了排土场国家“七五”攻岩石屈服条件采用德鲁克一普拉格屈
关研究,在研究理论及方法上都有长足的服准则,它表述为:
进展,但未能形成一套适合于排土场稳定一
性研究的理论与程式,因此,本文根据排土式中:,——应力张量的第一不变量;
场研究的特点,引进平面弹塑性有限元分——应力偏量的第二变量;
析方法,对南芬铁矿庙儿沟排土场稳定性
,——与岩石粘结力和内摩擦
进行了研究。
角有关的系数。
本文从排土场边坡岩石破坏模型人
. 拉破坏准则
手,考虑到排土场形成过程的模拟,地震效
岩石拉破坏准则:
应及地下水渗流的力学作用,并在此基
础上引进抗剪破坏安全度的概念,对其边】
坡进行稳定性评价,并与极限平衡分析结式中为岩石抗拉强度,,为最大
果进行了比较,取得了良好效果,表明该方主应力若≥,即认为岩石受拉破坏;
法对排土场边坡稳定性研究具有广泛的应若,即认为岩石未受拉破坏。
用前景。. 非线性力学问题的有限元解法
收稿日期:——
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《四川有色金属》
弹塑性应力增量与应变增量之间的关排土场的形成并非一次形成,因此,排
系近似表示为: 土场形成模拟计算是很重要的,理论表明:
。△￡按一次形成与多步形成计算结果是不同
这里为弹塑性矩阵,为应的,本次分析按台阶逐次形成,网格划分按
力增量,△为应变增量,求解非线性弹最终设计排土场进行。计算方法是在进行
塑性问题的方法有很多,这里选用增量切上步计算时,下步还未形成的单元之材料
线刚度法,其方法可表示为: 常数及赋予很小的值,最终位移和应
￡十⋯力是各步形成引起的位移与应力之总和:
: △。‘’
十一,
一般说来,在逐步加载过程中,塑性区··· ⋯
不断扩展,有些单元虽处于弹性区,但它们其中是初始地应力,显然位移结
与塑性区相邻近,因而,在增加载荷的过程果中不包括原岩应力状态下的位移计算
中进入塑性区,由这些单元构成的区域称值。
为过渡区域。列于过渡区域中的单元,由
. 原岩应力场
于在加载过程中从弹性状态进入塑性状
进行岩体工程应力应变有限元分析,
态,如果仍简单地以或形成单元
必须对原岩应力场有一个较详细的了解,
刚度矩阵会引起很大误差,必须对弹塑性
通过对南芬庙儿沟排土场进行工程地质调
矩阵进行修正,即求算加权平均弹塑性矩
查和原始地应力分析表明:该地区在离地
阵:
表不深的情况下,原岩应力自重应力场
印—印
为主,其原岩应力场可以下