G2中裂隙的输入方法和作用简析

       使用Optum G2软件可以分析一些复杂的岩土工程问题,一方面在于软件独有的极限分析方法和网格自适应的功能,另一方面还在于软件允许用户对模型进行比较大的干预,其中在岩土材料中定义裂隙面就是这样一种干预方式。G2中的裂隙可以表征岩体结构面及土体内部裂隙等,但这并不是岩土体的竖向拉张裂缝,对于张裂缝包括断层,在G2中一般采用剪切节理的方式来模拟,相关资料可以查看案例10:断层作用下的边坡稳定性案例70:含裂隙边坡稳定性,本文主要对岩土体内部裂隙的输入方法和作用进行简要介绍。

1、裂隙的输入方式

       首先,岩土材料的本构模型需要选择摩尔-库仑模型,只有选择了摩尔-库仑模型,才能在材料参数中定义裂隙面:

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然后,在“裂隙”后面的复选框选择是,弹出如下界面:

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用户可以选择定义一个面或者两个面,分别输入每个面的倾角α,黏聚力c,内摩擦角φ,以及每个面的抗拉强度kt(一般默认为无穷大)。需要说明的是,这里的倾角是从水平面逆时针转向竖直面的角度,如下图所示:

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2、输入裂隙后对边坡稳定性的影响

       这里以一个简单的边坡模型演示加入裂隙后对边坡的稳定性以及破坏模式的影响,模型如下,自然边坡坡角45°,分析方法均采用强度折减法,求解下限解,模型网格数量设置为3000个,每一个模型均设置3次的网格自适应:

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(1)按均质边坡考虑,边坡坡角45°,破坏模式为圆弧型,安全系数为3.509

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(2)在原均质边坡的基础上,考虑一组顺层裂隙面,倾角150°,裂隙面参数c=10kPa,φ=20°,破坏模式近直线型,安全系数为1.353

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(3)在原均质边坡的基础上,考虑一组反倾裂隙面,倾角60°,裂隙面参数c=10kPa,φ=20°,破坏模式近折线型,坡角位置有明显的拐弯,安全系数为1.849

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(4)在原均质边坡的基础上,考虑两组裂隙面,倾角分别为150°和60°,裂隙面参数c=10kPa,φ=20°,破坏模式近折线型,安全系数为1.213

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       以上4组对比分析主要是针对不同结构面产状进行对比分析,感兴趣的用户可以通过调整抗剪强度参数以及倾角做进一步的的对比工作。

3、输入裂隙后对隧道稳定性的影响

       同样,以一个简单的隧道模型演示加入裂隙前后的不同。模型及材料参数如下,分析方法均采用极限分析,求解下限解,模型网格数量设置为3000个,每一个模型均设置3次的网格自适应:

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(1)考虑为各向均质体,破坏乘数为23.73

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(2)输入一组裂隙面,倾角150°,裂隙面参数c=10kPa,φ=20°,破坏乘数为1.28

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(3)输入一组裂隙面,倾角60°,裂隙面参数c=10kPa,φ=20°,破坏乘数为2.806

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(4)输入两组裂隙面,倾角分别为150°和60°,裂隙面参数c=10kPa,φ=20°,破坏乘数为1.257

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       通过以上两个简单模型的示例,可以看出当我们在材料中输入了裂隙面之后,对边坡和隧道的稳定性都有很大的影响。针对实际工作中遇到的裂隙面发育的复杂工程问题,大家可以尝试使用G2来进行分析。

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