有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的运用

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1、2013年2期西南公路XINANGONGLU有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的运用陈多才(中交公路规划设计院有限公司北京100088)【摘要】强度折减法是数值数值分析边坡稳定性问题的常用方法，由于影响计算精度的因素较多，还有很多问题有待解决，所以该方法仍未在工程界得到确认和推广。通过对算例结果进行比较，阐明了在边坡稳定分析中计算参数、边界范围和网格的疏密对强度折减法结果的影响【关键词】强度折减法；数值模拟；边坡稳定性【中图分类号】U416．14【文献标识码】A基于弹塑性有限元分析，强度折减法是Ugai提0引言出的一种用来确定平面应变问题最小安全系数的方有限元法在

2、20世纪60年代开始应用于边坡岩土法。该法的基本思想是对土体采用Mohr—Coulomb体稳定分析，可以通过建立边坡计算范围内各离散理论，定义土工结构安全系数为：单元的本构方程、儿何方程和平衡方程来求解边坡：C+tamp(1)弹性、弹塑性、粘弹塑性及非线性等问题，可以分式(1)中，分子表示土工结构所能提供的强别求各个单元的应力、位移、应变及其屈服和破度，分母表示所需的强度，假定：坏情况。如果进行逐步非线性分析，还可了解土坡：：：(2)的逐步破坏机理，跟踪土坡内塑性区的开展情况。c．tango但有限元分析不能直接与稳定系数建立关系，需要在有限元计算中同步变化，有限元

3、计算时，施定义合适的安全系数，使之计算时能方便利用有限加重力或外荷载，用假定的土的抗剪强度参数c和元分析结果。定义如下：目前，有限元法分析土坡稳定性有三种方法：c寺责(1)基于应力场定义安全系数的方法，可简称(3)：ta～(tango一)：ta，z一(]tango)应力场法；r广(2)强度折减法；在弹塑性有限元数值分析中，(3)式中的折减(3)土重增加法。系数R的初始值取得足够小，以保证开始时是一个近本文的出发点旨在研究土坡稳定分析中的有限乎弹性的问题，然后不断增加的值，折减后的抗剪元强度折减法在边坡稳定性分析中的运用。强度指标逐步减小，反复对土坡进行分析，首先部

4、分单元开始屈服，应力在单元之间重新分配，土体1强度折减技术的概念及原理中局部失稳逐渐发展；直到某一个临界状态，在虚有限元强度折减系数法的基本原理是将土体材拟的折减抗剪强度下整个土坡发生失稳。那么在发料的强度参数：粘聚力C和内摩擦角tan~0值同时除以生整体失稳之前的那个折减系数值，即被认为是土一个折减系数尺，得到一组新的c，tantp*值，然后体的实际抗剪强度指标与发生虚拟破坏时折减强度作为新的参数输入，再进行试算，当计算不收敛时，指标的比值，即该土坡的稳定安全系数。这种稳定分对应的尺被称为坡体的最小稳定安全系数，即，尺，析方法称为抗剪强度折减有限元法(SSRFE

5、M)。很此时坡体达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得多文献认为”(SSRFEM的优点在于不仅可以直接到坡体的破坏滑动面。得出土坡的稳定安全系数，不需要事先假设滑裂面l46陈多才：有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的运用的形式和位置，还可以得到土坡内各单元的应力和展进一步的研究；栾茂田采用广义塑性应变分布及变形情况，给出土体的破坏区域，从而大致给出破其发展状态来评判边坡失稳条件并描述边坡失稳状坏面的位置；而且定义的抗剪强度折减系数，与极态。这一类的判别标准受到土体剪应变计算精度以限平衡分析中所定义的土坡稳定安全系数在本质上及剪应变发展不规律的限制，而且没有一个确定的

6、是一致的。剪应变标准，在不同的稳定计算中，标准不同。(3)以位移增幅为标准。2强度折减法的破坏标准Lane认为边坡破坏和算法的不收敛是同时发生强度折减法的思路清晰，原理比较简单，但该的，而且同时伴随着结点位移(或位移增量)的迅速增加，依据这种现象将按如下所述的方法判断边法存在一个问题：如何在不断降低岩土体强度参数过程中判断边坡是否达到临界破坏状态，这是有限坡是否处于临界破坏：将折减系数R与E5⋯／yH(无元、有限差分计算中经常遇到的一个比较棘手的问量纲的位移)以图形形式显示，其中⋯是收敛点的题，引起了众多研究者的兴趣。目前边坡稳定数值最大节点位移，腥边坡的高度，依

7、靠位移的网格分析中判断边坡失稳破坏的标准通常有：迭代求解图以及向量图来确定安全系数和显示边坡破坏机制的不收敛性、广义剪应变贯通、塑性区的范围及其的特性。考虑到在非线性弹性有限元分析中无法根连通状态、边坡内某点的位移与折减系数的关系曲据计算是否收敛来判断边坡是否处于极限状态，所线等。以采用绘制边坡内某一点的位移(或位移增量)与(1)以收敛性为标准。折减系数的关系曲线来确定安全系数的方法。关立用强度折减有限元分析边坡稳定性，破坏标准军将边坡的“破坏程度”定义为强度折减系数与边有许多种形式，例如土坡表面的隆起，可能破坏面坡坡顶水平位移关系曲线斜率的函数，曲线斜率愈的剪应

8、力达到极限