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1、第24卷 第3期岩 土 工 程 学 报Vol.24No.32002年 5月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringMay,2002用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数AnalysisonsafetyfactorofslopebystrengthreductionFEM赵尚毅,郑颖人,时卫民,王敬林(后勤工程学院军事土木工程系,重庆 400041)摘 要:利用有限单元法,通过强度折减来求边坡稳定安全系数。通过强度折减,使系统达到不稳定状态时,有限元计算将不收敛,此时
2、的折减系数就是安全系数。安全系数的大小与所采用的屈服准则有关,本文对几种常用的屈服准则进行了比较,导出了各种准则互相代换的关系,并采用莫尔-库仑等面积圆屈服准则代替莫尔-库仑准则,算例表明由此求得的边坡稳定安全系数与传统方法的计算结果十分接近。关键词:边坡安全系数;有限元;屈服准则中图分类号:TU432文献标识码:A文章编号:1000-4548(2002)03-0343-04作者简介:赵尚毅(1969-),男,四川洪雅人,后勤工程学院博士生,从事岩土边坡工程的研究。ZHAOShang2yi,ZHENGY
3、ing2ren,SHIWei2min,WANGJing2lin(LogisticalEngineeringUniversity,Chongqing400041,China)Abstract:Ananalysisonsafetyfactorofslopethroughc-φreductionalgorithmbyfiniteelementsispresented.Whenthesystemreachesinstabil2ity,thenumericalnon2convergenceoccurssimult
4、aneously.Thesafetyfactoristhenobtainedbyc-φreductionalgorithm.Thefactorisrelatedtotheyieldcriterion.Thispaperpresentedacomparisonofseveralyieldcriterionsincommonuseanddeducedthesubstitutiverelationshipofthem.ForconveniencetheMohr2Coulombcriterionisreplac
5、edbyMohr2Coulombequivalentareacirclecriterion,whichwasproposedbyprofessorXuGanchengandZhengYingrenin1990.Throughaseriesofcasestudies,thesafetyfactorofFEMisfairlyclosetotheresultoftraditionallimite2quilibriummethod.Theapplicabilityoftheproposedmethodwascl
6、earlyexhibited.Keywords:slopesafetyfactor;finiteelements;yieldcriterions传统的极限平衡法采用莫尔-库仑准则,但因莫尔X1 引 言-库仑准则的屈服面为不规则的六角形截面的角锥体目前,研究边坡稳定性的传统方法主要有:极限平表面,存在尖顶和棱角,给数值计算带来困难。为与传统方法比较,本文采用了徐干成、郑颖人(1990)提出的衡法,极限分析法,滑移线场法等。这些建立在极限平[2]莫尔-库仑等面积圆屈服准则代替莫尔-库仑准则,衡理论基础上的
7、各种稳定性分析方法没有考虑土体内部的应力应变关系,无法分析边坡破坏的发生和发展并导出各准则间的换算关系,由此可将求得的安全系数折算成莫尔-库仑等面积圆屈服准则下的安全系数。过程,没有考虑土体与支挡结构的共同作用及其变形协调,在求安全系数时通常需要假定滑裂面形状为折线、圆弧、对数螺旋线等。而有限单元法不但满足力的2 有限元法进行边坡稳定分析的优点平衡条件,而且考虑了材料的应力应变关系,使得计算如果使有限元法保持足够的计算精度,那么有限结果更加精确合理。在有限元法中通过强度折减,使元法较传统的方法具有如下优
8、点:系统达到不稳定状态,有限元计算不收敛,此时的折减(1)能够对具有复杂地貌、地质的边坡进行计算。系数就是安全系数,这种方法在国外80年代就采用,(2)考虑了土体的非线性弹塑性本构关系,以及变但由于力学概念不十分明确,而且要受到计算程序及形对应力的影响。计算精度的影响,因而这种方法至今没有在国内流行。(3)能够模拟土坡的失稳过程及其滑移面形状。随着计算机技术的发展,尤其是岩土材料的非线性弹如图1～4,滑移面大致在水平位移突变的地方及塑性塑性
