有限元强度折减法在堆积层滑坡中的应用

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1、有限元强度折减法在堆积层滑坡中的应用applicationofstrengthreductionfemincolluvialslope刘辉1，王建智2，魏雄斌3(1、西安工业大学，陕西，西安；2、中国有色金属工业西安勘察设计研究院，陕西，西安；陕西省国土资源厅，陕西，西安)摘要：本文应用有限元强度折减法对某堆积层滑坡进行分析。通过分析表明在自重状态下当折减到一定值时，边坡出现不稳定，塑性区自坡脚向上延伸形成潜在滑面。这与实测结果基本吻合。关键词：有限元强度折减法边坡稳定中图分类号：文献标识码：文章编号：Abstract:Thispapertakesac

2、olluvialslopeanalysisbystrengthreductionfem。Resultsshowthatwhenthereductioninweightreachestoacertainvalue,theslopebecomeunstable,andtheplasticzoneextendsupwardfromthefoottobeapotentialslipsurface.Thisisbasicallyconsistentwiththetestingresultsinreality.Keywords:finiteelementstren

3、gthreductionslopestability1引言强度折减法最早由Zienkiewicz[1]等提出，后被许多学者广泛采用。他们提出了一个抗剪强度折减系数的概念，即在外载荷保持不变的情况下，边坡内的土体所能提供的最大抗剪强度与外载荷在边坡内所产生的实际剪应力之比。在极限状况下，外载荷所产生的实际剪应力与抵御外载荷所发挥的最低抗剪强度即按照实际强度指标折减后所确定的、实际中得以发挥的抗剪强度相等。当假定边坡内所有土体抗剪强度的发挥程度相同时，这种抗剪强度折减系数相当于传统意义上的边坡整体稳定安全系数，又称为强度储备安全系数，与极限平衡法[2]中所

4、给出的稳定安全系数在概念上是一致的。应用有限元强度折减法对边坡进行分析，在以往都进行了很多的研究[3,4,5]，鉴于岩土问题的复杂性，在以往的研究中都是对理想边坡做简单的二维分析，很少见到分析复杂的三维的与实际相结合的边坡模型。对于浅层边坡的分层分析也很少见。这就使得有限元软件与实践脱节，没能很好的发挥它应有的作用。本文结合陕南地区的工程实际，在大量调研和工程勘探的基础上，以午子山边坡为例，对陕南的浅层滑坡运用大型通用有限元软件ABAQUS建立符合实际的三维模型，进行分析，结合现场勘探实际，使得分析结果更加的合理，符合实际。2强度折减法的模型的建立2.

5、1本构模型岩土体力学中，应用的岩土破坏条件有多种，广泛采用的是Mohr-Coubomb条件和广义米赛斯条件。广义米赛斯条件的形式如下：（1）式中、分别为应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量。、为与土性参数、相关的常数。在平面应变状态下，Drucker-Prager[6]导出（2）（3）即为Drucker-Prager条件。它在平面中是通过莫尔-库仑不等角度六边形的外接圆。郑颖人、徐干成等提出了一种与莫尔-库仑条件等面积圆的屈服条件，依据偏平面上等效圆的面积与莫尔-库仑条件的面积相等，得到：（4）（5）文献还提出了与莫尔库仑准则精确匹配的D-P准

6、则，其中（6）（7）假设边坡内滑裂面上某一点的应力状态为，，，其法向应力和切向应力可表示为：（8）（9）式中：为滑面切线与x方向夹角。同时，Mohr-Coulomb破坏准则表示为：（10）其中，为材料的粘聚力，为材料的内摩擦角。假如此时土体没有发生剪切破坏，土体中的实际剪应力与实际中得以发挥的抗剪强度相同，即：(11)由此可知实际中得以发挥的抗剪强度相当于折减后抗剪强度的指标。折减后的抗剪强度指标分别为：（12）（13）2.2计算方法和流程强度折减有限元法将强度折减理论与弹塑性有限元方法相结合，在给定判断依据的条件下，通过调整折减系数对边坡的稳定性进行

7、分析，首先取折减系数，计算出折减强度值和，采用岩土体的Drucker—Prager屈服准则进行弹塑性有限元计算，根据描述变形程度的某一物理量作为评判指标描绘边坡的潜在塑性破坏区域及其程度与发展趋势，判断边坡是否稳定。若处于稳定状态，则继续增大折减系数，反复计算，直至满足以上条件边坡处于临界破坏状态为止，认为此临界状态的值即为边坡稳定安全系数，求得边坡的稳定安全系数。本文采用大型有限元分析软件ABAQUS，并结合强度折减法对堆积层斜坡进行稳定性分析，ABAQUS的Drucker–Prager模型采用了线性屈服面模拟计算分析，计算出塑性应变的发展及塑性区的

8、范围，通过数据处理得到坡体塑性变形及水平位移、垂直位移随个因素的变化曲线，由此来评价边坡的稳定