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《岩土软件开发与应用》 三维滑坡有限元模拟分析 PAGE \* MERGEFORMAT 7 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 介质 弹性模量（Mpa） 泊松比 密度（MN/m3） 凝聚力（Mpa） 内摩擦角（。） 抗拉强度（Mpa） 硬化指数 滑体 500 0.28 0.022 0.2 31 0.2 0.9 滑面 20 0.35 0.018 0.01 21 0.01 1 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。 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。 图2-3 滑坡最大剪应力分布云图 在滑体及以下土层中，剪应力分布范围普遍集中在103Kpa水平，其中在滑面处，由上而下最大剪应力呈增大趋势，越接近坡脚，滑面上的最大剪应力越大。其最大剪应力大小明显要大于其周围土层。这就清晰的显示出了滑面的特性，即滑坡滑动面处存在的最大剪应力超过其极限值时表现出了不稳定，从而导致了滑坡的发生。 在云图中可以看出，最大剪应力都表现为正值，这是因为建立的模型决定了滑体是向右下方滑动，从而导致滑体周围的土体最大剪应力方向为顺时针，即正的剪应力方向。 2.4 最大主应变分布特征 滑坡最大主应变分布云图如图2-4所示，从图中可以看出，滑床部分最大主应变除与滑面接触的部分外，其余部分几乎为0。而在滑面处，其最大主应变明显要高于其周围土层的应变值。这是由滑面的性质所决定的：滑面的弹性模量相较于其周围土层明显要小，这就导致