冻融循环作用下危岩体破坏模拟

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计算说明书：

（1）案例背景：我国寒区面积约为国土面积的75%，其中季节性冻土区占国土面积的58.9%，主要集中在东北和西部地区，在极端气温下南方地区也存在季节性冻土（如2008年），近年来随着东北振兴、西部大开发及中部崛起战略的实施，寒区岩体工程建设活动越来越多，面临更多的岩体冻融破坏问题。如在寒区危岩体或者边坡工程中，地表水渗透到岩体内部，渗透水在低温作用下对岩体产生冻胀破坏，并且在反复冻融作用下，整个边坡或危岩体的稳定性持续劣化进而产生滑移破坏。

（2）计算任务：在2D平面内实现冻融循环作用下危岩体的破坏判断，考虑冻融循环作用下由于水分冻胀产生的应力对危岩体结构面的作用，考虑冻融循环作对危岩体组成材料的力学性能弱化（如抗剪强度参数的弱化），在双重作用影响下，危岩体极有可能出现失稳破坏。该模型可以准备判断危岩体是否发生破坏，具有科研和工程实践价值。

（3）设备基本参数：CPU为“Intel(R) Xeon(R) CPU i5-6300HQ @ 2.30GHz”;内存为“8.0GB”；显卡为“Nvdia MX150”,64为驱动系统

（4）采用Standard求解器进行模拟；模型利用2D可变形壳型平面模型；用Mohr—Coulomb准则作为破坏准则，利用非对称矩阵求解器求解，考虑土体自重力。所有单元类型采用平面应变单元（CPE4），网格控制属性为四边形扫掠技术。

（5）计算耗时：依据危岩体尺寸的不同计算时间有长有短，但都远低于3D模型模拟所需时间。

（6）分析：
    （a）利用2D可变形模型，将3维危岩体降维成2维平面，极大地提高了计算效率；
    （b）冻融循环作用在ABAQUS可通过用户子程序umat对材料的抗剪强度参数定义，或者利用场变量定义，实现方式较为便捷。
    （c）模拟结果与理论上所得较为符合。