【正文】 強度折減法的破壞標準 用強度折減有限元分析邊坡穩(wěn)定性，破壞標準有許多種形式，例如土坡表面的隆起，可能破壞面的剪應(yīng)力達到極限或解不收斂。采用解的不收斂性作為破壞標準，在指定的收斂準則下算法不能收斂，表示應(yīng)力分布不能滿足MohrCoulomb破壞準則和總體平衡要求，意味著出現(xiàn)破壞，Ugai指定迭代次數(shù)為500，超過這個限值認為土體破壞，這個迭代次數(shù)限值有很大的人為因素。影響數(shù)值是否收斂的原因很多，比如有限元程序本身的影響，網(wǎng)格劃分及方程迭代等等，用數(shù)值是否收斂來確定邊坡是否破壞是不合理的。 Matsui認為剪應(yīng)變屈服區(qū)域同邊坡最終破壞面是一致的，因此認為強度折減過程中邊坡的破壞是和剪應(yīng)變的發(fā)展直接相關(guān)，定義邊坡破壞為剪應(yīng)變破壞區(qū)域從坡角發(fā)展到坡頂，根據(jù)應(yīng)變分析的結(jié)果，以規(guī)定數(shù)值的剪應(yīng)變貫通整個邊坡為破壞標準。連鎮(zhèn)營等在后來發(fā)表的文章中也以某一幅值的廣義剪應(yīng)變從坡角到坡頂上下貫通作為破壞標準；孫偉、龔曉南認為土坡內(nèi)土體的剪切破壞從坡腳處向上逐漸發(fā)展，并最終貫通為連續(xù)的滑裂面，土坡發(fā)生滑裂破壞時，滑裂面上坡腳滑出點處土體的廣義剪應(yīng)變和應(yīng)變增量值最大，自坡腳處向上應(yīng)變和應(yīng)變增量值逐漸減小，只是破壞應(yīng)變的確定需要開展進一步的研究；欒茂田采用廣義塑性應(yīng)變分布及其發(fā)展狀態(tài)來評判邊坡失穩(wěn)條件并描述邊坡失穩(wěn)狀態(tài)。這一類的判別標準受到土體剪應(yīng)變計算精度以及剪應(yīng)變發(fā)展不規(guī)律的限制，而且沒有一個確定的剪應(yīng)變標準，在不同的穩(wěn)定計算中，標準不同。Lane認為邊坡破壞和算法的不收斂是同時發(fā)生的，而且同時伴隨著結(jié)點位移(或位移增量)的迅速增加，依據(jù)這種現(xiàn)象將按如下所述的方法判斷邊坡是否處于臨界破壞：將折減系數(shù)R與 (無量綱的位移)以圖形形式顯示，其中是收斂點的最大節(jié)點位移，H是邊坡的高度，依靠位移的網(wǎng)格圖以及向量圖來確定安全系數(shù)和顯示邊坡破壞機制的特性?？紤]到在非線性彈性有限元分析中無法根據(jù)計算是否收斂來判斷邊坡是否處于極限狀態(tài)，所以采用繪制邊坡內(nèi)某一點的位移(或位移增量)與折減系數(shù)的關(guān)系曲線來確定安全系數(shù)的方法。關(guān)立軍將邊坡的破壞程度定義為強度折減系數(shù)與邊坡坡頂水平位移關(guān)系曲線斜率的函數(shù)，曲線斜率愈小說明邊坡愈接近破壞。直到該斜率達到某一固定值時，即認為邊坡達到破壞狀態(tài)。這一類的破壞標準比較直觀但也有很大的人為因素，且缺少共性，需要對不同的土坡進行不同的判斷。 驗證工程算例 在上一節(jié)中，筆者運用GeoSlope軟件分析省道243的路堤邊坡穩(wěn)定性，用石灰改良土壤后增大邊坡坡率，在保證穩(wěn)定的前提下，減少了工程占地，降低了填土用量，節(jié)約了工程費用。但是極限平衡條件不夠嚴謹，規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)的標準的可靠性和評價標準也一直是工程界頗有爭議的問題。比較而言，有限元強度折減法要嚴謹?shù)亩?。運用FLAC的有限元強度折減法分析邊坡穩(wěn)定也越來越受歡迎，筆者運用FLAC分析A、B區(qū)段推薦坡比的填筑邊坡穩(wěn)定性的結(jié)果如下：表45 兩種分析方法得出的安全系數(shù)的比較A區(qū)1:B區(qū)1:1GeoSlopeFLAC圖416 A區(qū)段網(wǎng)格劃分圖417 A區(qū)段初始豎向應(yīng)力圖418 A區(qū)段將參數(shù)折減，滑裂面形狀圖419 B區(qū)：圖420 B區(qū)段網(wǎng)格劃分 B區(qū)段當強度參數(shù)同時按比例折減的時候，整個結(jié)構(gòu)體的滑裂面形狀與A區(qū)段是一樣的，這里不再多說。鑒于FLAC有限元強度折減法相對于極限平衡法更加嚴謹，其作為GeoSlope軟件計算結(jié)果的驗證效果是可以相信，從上述分析來看，雖然由FLAC得出的安全系數(shù)是小于GeoSlope軟件分析的結(jié)果，但是結(jié)果還是保證了推薦坡比條件下的石灰改良土邊坡的穩(wěn)定性的可靠。而其計算結(jié)果小于GeoSlope分析所得，也反過來從一定方面證明了有限元強度折減法的嚴謹度要比極限平衡理論高。 綜上所述，不管是用極限平衡理論的GeoSlope軟件分析，還是用FLAC的有限元強度折減法，都證明了在A(B)場區(qū)的工程條件下運用石灰改良土壤填筑邊坡，同時增大邊坡坡率到1：(1:1)都可以在一定概率上上保證了邊坡的穩(wěn)定性，而這個概率很大。從經(jīng)濟安全風險評估理論上是值得推薦和使用的。 本章小結(jié)本章從在上一章基礎(chǔ)上結(jié)合省道243的邊坡工程實踐，運用軟件GeoSlope，對兩種不同地基狀況，不同路堤填筑方式建立邊坡工程實例模型，利用石灰能夠增強土壤抗剪強度效果，對邊坡土壤進行石灰改良，并增大坡率，分析其安全系數(shù)隨著坡率的變化。得出以下結(jié)論：1. 兩個不同場區(qū)工程實例的分析印證著上一章理想邊坡條件下得出的關(guān)于安全系數(shù)隨著邊坡坡率的增大而減小的論斷；2. 石灰改良土壤后，增大填筑邊坡的坡率到1:，灰土邊坡的安全系數(shù)仍大于素填土邊坡坡率為1:，但僅以安全系數(shù)評價邊坡穩(wěn)定性和開展工程施工是不能夠，也是不可行的；3. 經(jīng)過對兩個場區(qū)的安全系數(shù)的分析，筆者綜合安全系數(shù)，社會壞境，自然環(huán)境等對評價標準的影響，針對場區(qū)實際情況，認為增大邊坡坡率到1:~1:，也是非常合理的；4. 分析了有限元強度折減法比極限平衡法更加嚴謹，并運用FLAC軟件，分析了A場區(qū)邊坡坡率為1:，B場區(qū)邊坡坡率為1:，驗證了筆者的論斷，石灰改良土邊坡的收坡時完全可行的，坡率為1:~1:。第五章 結(jié)論與展望 全文總論 石灰改良土壤提高土壤的強度參數(shù)，并將其運用到工程之中，經(jīng)過幾年來的發(fā)展已日趨成熟，而關(guān)于邊坡穩(wěn)定性方面的研究，不管人工開挖自然邊坡，還是人工填筑邊坡，抑或是自然邊坡滑坡，邊坡的穩(wěn)定性一直是人們普遍關(guān)心的問題，而關(guān)于邊坡穩(wěn)定的評價問題，眾多學(xué)者都各抒己見，重點不一。當然之所以會出現(xiàn)這種情況，乃是由于我們研究的對象是土，一種最簡單卻是最復(fù)雜的材料，如此衍生了紛繁復(fù)雜的與土相關(guān)的工程問題。邊坡的穩(wěn)定就是其一。本文沒有在安全系數(shù)的計算理論上深究，而只是通過使用目前行業(yè)中最普遍的兩種穩(wěn)定性分析軟件GeoSlope和FLAC，分析工程填土邊坡的穩(wěn)定性。得到以下的結(jié)論： 石灰改良土邊坡的安全系數(shù)隨著坡率的增大而減小； 石灰改良土邊坡的安全系數(shù)對這邊坡高度的減小而增大； 石灰改良土壤后，增大填筑邊坡的坡率到1:，灰土邊坡的安全系數(shù)仍大于素填土邊坡坡率為1:，經(jīng)過對兩個場區(qū)的安全系數(shù)的分析，筆者綜合安全系數(shù)，社會壞境，自然環(huán)境，等對評價標準的影響，針對場區(qū)實際情況，認為增大邊坡坡率到1:~1:，也是合理的； 分析了有限元強度折減法比極限平衡法更加嚴謹，并運用FLAC軟件，分析了A場區(qū)邊坡坡率為1:，B場區(qū)邊坡坡率為1:，驗證了筆者的論斷，石灰改良土邊坡的收坡是可行的，坡率為1:~1:。 本文也沒有深究石灰改良土壤的機理，而只是使用軟件在改良效果上確認了石灰這種目前廣泛使用的土壤改良摻料的誘人的性價比。目前通行的公路路基規(guī)范對邊坡的坡比有一定的規(guī)定，而這個規(guī)定從某種程度上來說，是有理可據(jù)的，但是在某些方面確是造成資源浪費，妨礙社會和諧的毒源。我們無需占用大量的良田，我們不必開挖成兆的土方量，我們可以少花很多錢就能建設(shè)更美好的國家。研究依托江蘇省243工程，利用石灰改良土壤填筑路堤邊坡，并對其合理的坡率進行探討研究，利用石灰改良土填筑的邊坡增大其坡率，我們可以看出低路堤邊坡是可靠的保證也是發(fā)展方向。如此，我們完全可以降低路堤邊坡的高度，減小邊坡坡比，打造資源節(jié)約型優(yōu)質(zhì)工程。 下一步可以做的事由于時間和工程進度的原因，還有許多想要完成的事情來不及開展起來，許多本來想要實現(xiàn)的目標離我越來越遠。如：(1) 降雨及蒸發(fā)對邊坡穩(wěn)定的影響室內(nèi)模擬；(2) 邊坡土干濕循環(huán)對邊坡穩(wěn)定影響的室內(nèi)實驗；(3) 冷暖循環(huán)對邊坡土的影響；(4) 石灰改良土邊坡填土高度對穩(wěn)定性的影響的分析；(5) 還有邊坡安全系數(shù)穩(wěn)定評價的標準的探討以及上覆動荷載對穩(wěn)定性的影響……許多的問題和疑問都縈繞在心頭想一探究竟。這些都是我未竟的工作……參考文獻[1] 徐勇,，1996(4): 5764。[2] .[博士學(xué)位論文].長沙:中南大學(xué),2005。[3] H. 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