巖土——用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析(已修改)
2025-05-30 22:51 本頁面
【正文】 用有限元強(qiáng)度折減法 進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析 中國人民解放軍后勤工程學(xué)院 院 士 博士生導(dǎo)師 鄭穎人 提 綱 1. 前言 前言 ? 邊坡穩(wěn)定分析是經(jīng)典土力學(xué)最早試圖解決而至今仍未圓滿解決的課題，各種穩(wěn)定分析方法在國內(nèi)外水平大致相當(dāng)。 ? 對(duì)于均質(zhì)土坡，傳統(tǒng)方法主要有：極限平衡法，極限分析法，滑移線場(chǎng)法等，就目前工程應(yīng)用而言，主要還是極限平衡法，但需要事先知道滑動(dòng)面位置和形狀。 ? 對(duì)于均質(zhì)土坡，可以通過各種優(yōu)化方法來搜索危險(xiǎn)滑動(dòng)面，但是對(duì)于巖質(zhì)邊坡，由于實(shí) 際巖體中含有大量不同構(gòu)造、產(chǎn)狀和特性的不連續(xù)結(jié)構(gòu)面（比如層面、節(jié)理、裂隙、軟弱夾層、巖脈和斷層破碎帶等），這就給巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析帶來了巨大的困難，傳統(tǒng)極限平衡方法尚不能搜索出危險(xiǎn)滑動(dòng)面以及相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)，而目前的各種數(shù)值分析方法，一般只是得出邊坡應(yīng)力、位移、塑性區(qū)，而無法得到邊坡危險(xiǎn)滑動(dòng)面以及相應(yīng)的安全系數(shù)。 ? 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是巖土材料的非線性彈塑性有限元計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，有限元強(qiáng)度折減法近來在國內(nèi)外受到關(guān)注，對(duì)于均質(zhì)土坡已經(jīng)得到了較好的結(jié)論，但尚未在工程中實(shí)用，本文采用有限元強(qiáng)度折減法，對(duì)均質(zhì)土坡進(jìn)行了系統(tǒng)分析，證實(shí)了其實(shí)用于工程的可行性，對(duì)節(jié)理巖質(zhì)邊坡得到了坡體的危險(xiǎn)滑動(dòng)面和相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)。該方法可以對(duì)貫通和非貫通的節(jié)理巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，同時(shí)可以考慮地下水、施工過程對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，可以考慮各種支擋結(jié)構(gòu)與巖土材料的共同作用，為節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析開辟了新的途徑。 2. 有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法的基本原理 1t r i a lccF? ?1a r c ta n ( ta n )tr ia lF??? ?? 進(jìn)行強(qiáng)度折減非線性有限元分析要有一個(gè)過硬的非線性有限元程序和收斂性能良好的本夠模型。因?yàn)槭諗渴】赡鼙砻鬟吰乱呀?jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也可能僅僅是有限元模型中某些數(shù)值問題造成計(jì)算不收斂。 ? 巖土本構(gòu)關(guān)系的影響 屈服準(zhǔn)則的影響 流動(dòng)法則的影響 ? 有限元法引入的誤差 ? 邊坡參數(shù)的影響 屈服準(zhǔn)則的影響 ? 用折減系數(shù)法求解實(shí)際邊坡穩(wěn)定問題時(shí)，通常將土體假設(shè)成理想彈塑性體，其中屈服準(zhǔn)則常選用摩爾 庫侖準(zhǔn)則（ MC）、德魯克普拉格準(zhǔn)則（ DP）以及摩爾 庫侖等面積圓準(zhǔn)則。 ? MC準(zhǔn)則較為可靠，它的缺點(diǎn)在于三維應(yīng)力空間中的屈服面存在尖頂和棱角的不連續(xù)點(diǎn)，導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算不收斂，所以有時(shí)也采用抹圓了的 MC修正準(zhǔn)則，它是用光滑連續(xù)曲線來逼進(jìn)摩爾 庫侖準(zhǔn)則，此法雖然方便了數(shù)值計(jì)算，但往往公式復(fù)雜不利用實(shí)際應(yīng)用。而 DP準(zhǔn)則在偏平面上是一個(gè)圓，更適合數(shù)值計(jì)算。通常取 MC準(zhǔn)則的外角點(diǎn)外接圓、內(nèi)角點(diǎn)外接圓或其內(nèi)切圓作為屈服準(zhǔn)則，以利數(shù)值計(jì)算 ? 由徐干成、鄭穎人（ 1990）提出的摩爾 庫侖等效面積圓準(zhǔn)則實(shí)際上是將 MC準(zhǔn)則轉(zhuǎn)化成近似等效的 DP準(zhǔn)則形式。該準(zhǔn)則要求 π 平面上的摩爾 庫侖不等邊六角形與相同靜水壓力條件下 DP圓面積相等。計(jì)算表明它與摩爾 庫侖準(zhǔn)則十分接近。 a?2 sin3 (3 sin )? ??2 sin3 (3 sin )? ??2sin3 3 sin???22 3 sin2 3 (9 sin )???? 表 1 各準(zhǔn)則參數(shù)換算表 k6 co s3 (3 sin )c ? ??6 cos3 (3 sin )c ???23 cos3 3 sinc ???26 3 cos2 3 (9 sin )c ????編號(hào) 準(zhǔn)則種類 DP1 外角點(diǎn)外接 DP圓
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