岩土边坡稳定性刚体有限元上限分析法

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1、第23卷第6期岩石力学与工程学报23(6)：898～9052004年3月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMarch，2004*岩土边坡稳定性的刚体有限元上限分析法殷建华陈健李焯芬(香港理工大学土木及结构工程系香港)(香港大学土木工程系香港)摘要刚体有限元法与极限分析相结合为求解边坡稳定性问题提供了新的方法。采用刚体有限单元离散边坡计算区域，同时构造运动许可速度场，在满足屈服条件、流动法则、虚功方程以及相应的边界条件的基础上，引入非线性数学规划方法求解最小安全系数。几个算例说明了该方法的正确性和可行

2、性。关键词工程地质，边坡稳定，极限分析，上限法，刚体有限元，非线性规划+分类号TU413.62文献标识码A文章编号1000-6915(2004)06-0898-08UPPERLIMITANALYSISOFSTABILITYOFROCKANDSOILSLOPESUSINGRIGIDFINITEELEMENTS112YinJianhua，ChenJian，LeeCF1(DepartmentofCivilandStructuralEngineering，TheHongKongPolytechnicUniversity，HongKong，China)2(De

3、partmentofCivilEngineering，TheUniversityofHongKong，HongKong，China)AbstractInthispaper，thedevelopmentandapplicationofanewupperlimitmethodfor2Dand3Dslopestabilityproblemsarepresented.Rigidfiniteelementsareusedtoconstructakinematicallyadmissiblevelocityfield.Theproposedmethodformu

4、latestheslopestabilityproblemsasanoptimisationproblembasedontheupperboundtheorem.Theobjectivefunctionfordeterminationoftheminimumvalueofthesafetyfactorhassomeunknowns,whicharesubjecttoasetoflinearandnon-linearequalityconstraintsderivedfromanenergy-workbalanceequation，theMohr-Co

5、ulombfailure(yield)criterion，anassociatedflowruleandanumberofboundaryconditions.Theobjectivefunctionwithconstraintsleadstoanon-linearprogrammingproblem，whichcanbesolvedbyasequentialquadraticalgorithm.Fourtypical2Dand3Dslopestabilityproblemsselectedfromtheliteratureareanalysedwi

6、ththepresentedmethod.Theresultsofthepresentedlimitanalysisarecomparedwiththoseproducedbyotherapproachesreportedintheliterature.Keywordsengineeringgeology，slopestability，limitanalysis，upperbound，rigidfiniteelement，non-linearprogramming立在静力平衡基础上的，对于滑动机构，需引入内1前言力假设使之成为静定结构，因此，极限平衡

7、法始终只是一种近似方法。边坡稳定性分析是岩土工程中的重要研究课文[1]提出的基于塑性极限理论的极限分析方题。极限平衡法是工程实践中最为广泛采用的边坡法能够为稳定性分析问题提供贴近理论的现实解稳定性分析方法，其原因在于它原理简单，计算方答。文[2]全面阐述了用上限定理来求解地基承载便，有比较成熟的应用经验。但是，这类方法是建力、土压力和边坡稳定性的原理和方法。这类方法2002年7月23日收到初稿，2002年9月26日收到修改稿。*香港特区大学资助委员会资助项目(PolyU5064/00E)。作者殷建华简介：男，1956生，博士，现任教授，主要从事软土工

8、程、边坡分析与监测以及室人试验等方面的研究工作。E-mail：cejhyin@polyu.edu.hk。第2