土质边坡分析中的极限平衡法与有限元强度折减法的研究

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1、土质边坡分析中的极限平衡法与有限元强度折减法的研究LimitEquilibriumMethodandFEMStrengthReductioninSoilSlopeAnalysis崔蓬勃淤CUIPeng-bo曰丁蹇于DINGJian曰陈晶晶游CHENjing-jing(淤江苏建筑职业技术学院矿业与交通工程学院，徐州221116；于无锡地铁集团有限公司，无锡214131)淤CollegeofMiningandTransportationEngineering，JiangsuJianzhuInstitu

2、te,Xuzhou221116,China；于WuxiMetroGroupCo.,Ltd.,Wuxi214131,China)摘要院介绍边坡分析的极限平衡法与有限元强度折减法原理，比较两者优缺点。对均质土坡分别采用有限元强度折减法与极限平衡法进行计算，得到相应的安全系数和潜在破坏面，得到两种方法所得安全系数和破坏面一致的结论，应用有限元强度折减法计算是合理可行的。Abstract:Explainthetheoryonslopestabilityanalysisbetweenstrengthredu

3、ctionFEMandlimitequilibriummethod,comparetheadvantagesandshortcomingsbytwomethods.Baseontheresultofanalysisandcalculation,itshowsthattheshapesoftheslidingsurfacesandthesafetyfactoraresimilar.Theapplicationofproofstrengthreductionmethodoffiniteelementn

4、umericalsimulationforslopestabilityisrationalityandfeasibility.关键词院土质边坡；安全系数;有限元;变开｝;破坏准则Keywords:soilslope；safefactor；FEM；deformation；failurecriterion中图分类号院TU43文献标识码院A文章编号院1006-4311(2014)21-0136-030引言目前在土质边坡分析计算中普遍应用传统极限平衡法、滑移线场法、极限分析法、有限元和其他数值分析四种方法

5、。极限平衡法被边坡工程计算普遍采用，因其能给出明确的安全系数，比较直观。而数值分析方法具有适用范围广,能够得到土体的变形大小，以及应力应变的发展情况的特点，采用不同木构关系可以表达不同的土质情况，而且随着计算机技术发展，建立模型与计算非常快速，优势明显。极限平衡法在土坡计算中，必须先假定一系列的潜在滑移面，对于实际的均质土坡工程，可以通过现场经验得到，计算结果也非常理想。当滑移面比较简单吋，能得到其解析解如库伦公式。当滑移面比较复杂如为圆弧或折线吋，采用条分法进行求解，此吋要解决超静定问题。有限元

6、法能够得到土体的应力应变分布以及发展趋势，却不能建立应力应变与安全系数的关系，仅通过计算得出应力、变形与塑性区，不能求得安全系数，是导致该法不能得到广泛应用的原因。奋限元强度折减法，在计算过程中通过不断降低岩土体的计算参数，以达到最终的极限平衡状态，从而建立了一种极限平衡有限元法，它可以直接求出安全系数与滑裂面位置。本文分别采用有限元强度折减法和极限平衡法对土坡算例进行计算分析。1基本理论1.1极限平衡法理论极限平衡法涉及强度储备安全系数Fsl和超载储备安全系数Fs2两个参数，其中Fsl是利用降低

7、岩土体的C值及渍值来实现的，根据抗剪强度理通过对比计算结果，得出奋限元法要比极限平衡法计算出的安全系数稍大，分析原因主要有以下几方面的因素：淤计算模型网格划分不太合理。于有限元计算采用DP准则，而在Ansys里得到的仔平面内的广义米塞斯屈服面是Mohr-Coulomb的外接圆面，其面积稍大，计算结果会偏大。盂极限平衡法计算吋有许多假设,没有考虑土体的变形，只是从静力平衡角度考虑，而奋限元计算，除了考虑受力之外更重要的是考虑了变形的影响。3结论两种方法的计算分析，所得安全系数基本一致。淤奋限元网格划

8、分及参数选取对结果影响很大，本构模型影响并不是很大。于传统极限平衡法，计算简单方便能给出安全系数，但需要假定条件，合理改善假定条件是发展趋势。盂有限元计算能够得到土坡位移变化情况以及土体的塑性变形发展情况，这些数据对指导施工吋非常重要的。参考文献院［1】陈祖煜援土质边坡稳定分析：原理·方法·程序［M］援北京：中国水利水电出版社，2003.［2］郑颖人，龚晓南.岩土塑性力学基础［M］.北京：中国建工出版社，1987.［3］郑颖人，陈祖煜等.边坡与滑坡工程治