[发明专利]一种离散元法联合有限元法的岩堆支挡结构分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩堆支挡结构的分析方法，尤其涉及一种离散元法联合有限元法的岩堆支挡结构分析方法。

背景技术

目前针对岩堆支挡结构的分析通常采用极限平衡法或有限元法，但岩堆通常由若干岩石碎块堆积而成，其不符合连续介质的基本假定，经典的极限平衡法和有限元法用于分析岩堆支挡结构往往与实际不符，如何分析岩堆支挡结构的稳定性是岩土工程中需要解决的问题。

本发明以微型桩挡墙支挡岩堆为例，开展了离散元-有限元联合计算分析，展示了不同方法协同计算的可行性。离散元法在计算岩堆的土压力方面有较强的优势，将其土压力计算结果作为有限元模型的荷载边界条件，进行岩堆支挡结构的稳定性分析，可以兼取两者之长，使计算结果更符合实际情况。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种离散元法联合有限元法的岩堆支挡结构分析方法，以解决现有单一分析方法在分析岩堆支挡结构稳定性方面准确性不高的问题。

本发明采用的技术案为：一种离散元法联合有限元法的岩堆支挡结构分析方法，其实施过程如下：

步骤一：通过现场调查手段确定岩堆的粒径尺寸；

步骤二：采用离散元程序PFC^2D根据实际工程建立离散元模型，模型中的岩堆支挡结构采用一个竖直边界代替，根据步骤一中的岩堆粒径尺寸，采用对应粒径尺寸的圆形颗粒来模拟岩堆，计算岩堆的土压力。

步骤三：采用有限元程序建立含有岩堆支挡结构的有限元模型，将步骤二中计算得到的岩堆土压力，以荷载的形式输入到有限元模型中，从而计算出有限元模型中岩堆支挡结构的最大水平位移、最大竖向位移和安全系数。

其中，步骤二中计算的岩堆土压力包括岩堆对支挡结构的主动土压力合力的水平分量以及作用点高度，还包括岩堆对基岩的压力和剪力。

本发明的有益效果是：

本发明通过建立离散元模型计算岩堆土压力，并将土压力计算结果作为有限元模型的荷载边界条件，进而在有限元模型中进行岩堆支挡结构的稳定性分析，兼取离散元法和有限元法的优势，为岩堆支挡结构的稳定性分析提供了一种计算结果更符合实际情况的方法。

附图说明

图1为本发明的分析方法流程；

图2为本发明的PFC^2D离散元模型；

图3为本发明的Plaxis^2D有限元模型。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明方法的实施方式做详细说明。

对照图1，该本发明的具体实施过程如下：

步骤一：某边坡基岩倾角约40°，边坡上部岩堆厚度约5～7m，岩堆水平距离约45m，根据现场调查，查明岩堆的粒径尺寸在0.2～1m之间均匀分布，岩堆考虑内聚力60～120kPa，内摩擦角25～30°，采用微型桩挡墙在岩堆前沿进行支挡，高约7.8m。

步骤二：采用离散元程序PFC^2D根据实际工程建立离散元模型如图2所示，其中EF为倾斜基岩，AF为微型桩挡墙，黄色颗粒为岩堆，ABCDE为岩堆轮廓线。材料参数为：岩堆的粒径尺寸在0.2～1m之间均匀分布，岩堆容重γ_fill＝20kN/m³，所有单元的法向及切向刚度均为1×10⁸N/m，岩堆间摩擦系数μ＝0.7，剪切强度为1×10⁸N/m，通过双轴数值试验测得岩堆间内摩擦角内聚力c＝110kPa。微型桩挡墙AF高度7.8m，微型桩挡墙-岩堆界面摩擦系数μ＝0.4，岩堆-基岩界面摩擦系数μ＝0.7。

PFC^2D模型建立完成后进行土压力计算，计算结果：岩堆对微型桩挡墙AF的主动土压力合力的水平分量为5.8×10⁵N/m，作用在微型桩挡墙AF上的作用点高度在3.74m高度处，岩堆对基岩压力为7.7×10⁴N/m²，岩堆对基岩剪力为4.22×10⁴N/m²。

步骤三：采用有限元程序Plaxis^2D建立含微型桩挡墙的有限元模型如图3所示。微型桩挡墙中的微型桩直径130mm，桩身为C30水泥砂浆，入岩长度6m，前后共使用4排微型桩，桩间距1m。模型中用PLAXIS Embedded beam row单元模拟微型桩，微型桩与基岩界面粘结强度标准值为150kPa。