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1、边坡稳定性广角度分析的等值面法2000年8月水利SHUILIXUEBAO第B期文章编号:0559—9350(2000)08—0075—051中国水利水边坡稳定性广角度分析的等值面法寸电科学研究院结材林鹏,所.北京100038卓家寿2河梅大学土术工程学院,江苏南京2100蛐)c7歹摘要:基于边坡稳定性广角度分析的理论,准则和方{击,提出了以干扰艟量为判据的边坡稳定性分析等值面{击该方{击不仅从能量的观点给出了基于增稳内能与失稳外能比值的稳定安全系数,还将干扰能量{击与等值面{击结台起来,建立了用最小干扰艟量等值面来确定潜在精动面的方{击
2、完善和改进了边坡稳定分析的理论和计算方{击.为系统解决工程稳定性问题中的潜在滑面,危险精向和最小安全系数提供了宴用有效的方法.关羹词:.生垫;里塞竺坌堑;:垦.王苎塑墨!芝些匣些中田号:0347文献标识码:A我们知道,微量结构在外来因素作用下的响应是靠几何量(位移或变形),力学量(内力或应力)和物理量(能量),这些量同样也是描述和评判结构负荷工作状态(强度,刚度和稳定性)最基本的依据.因此在工程稳定分析中也应有以应力,应变和能量为判据的方法基于这一观点,我们提出了稳定性广角度分析[]的准则和判据.即基于内力(应力)状态的静力准则和判据
3、,基于位移(变形)状态的超变形准则和判据.基于能量状态l的能量准则和判据以及联合运用的评判系统.1稳定性广角度分析的准则和判据1.1静力准则和判据传统上沿用的评判边坡稳定性的量化指标是抗滑安全系数.它最初是以刚体滑块模型上的阻滑力与滑动力的比值来定义的.从可能滑体的抗滑稳定性看,采用阻滑力与滑动力的比值定义抗滑安全系数K.并以K是否大于1为抗滑稳定判据是合理的.该准则被现行规范所采用,但实施的前提是事先要给出滑动面.在静力准则中给出下列讨论.(1)最危险滑向的确定.在空间滑体沿滑面滑移时,滑面上每一点的滑移值与方向是互不相同的,但它总
4、可以合成为整体的合滑移矢.其方向称为整体的台滑向,使K为最小值的整体的合滑向必然是最危险的滑向(2)抗滑安全系数的正确定义.根据摩擦理论.滑面上每点的阻滑力与该点相对位移方向相逆,而相对位移方向就为该点的滑动方向.有些文献认为阻滑力与相应点台剪应力方向相逆.我们认为这个观点是不妥的.因每一点的相对位移方向是不同,故每点的阻滑力方向也是不同的.由于抗滑安全系数是个标量,因此在求阻滑力与滑动力的比值时,应取其在同一个方向分量的比值.所以按最危险合精向来求解K才能获得最小的抗滑安全系数.(3)计算公式.基于摩擦理论和矢量几何概念,可以导出抗
5、滑安全系数公式:——一∑【(c一)A√z+mJK(r)=———————一——(1)∑[(r,+m,)A]收藕日期:1999-084)6作者简舟:林膀{1960一),男.福建人,中国水科院结构材料所博士后,主要研究非线性计算力学,边坡稳定,FEMCAD和工程CAD752式中:=为滑面上某单元滑面的法向;,是单元滑面的切向;,和是滑体台滑向r的方向余弦;(c一,)是单元i单位面积的阻滑力;A是单元滑面面积;,r和0,分别是单元滑面上上E墟力和两个切问的剪应力1.2超变形准则和判据超变形准则是以某些特征部位变形的极限值来判别结构是否稳定的准
6、则,其相应的稳定安全系数K.是使结构破坏肘某些特,赶部位变形的放大倍数其优点是:求得极限的超变形值可作为结构监测的警戒指标;能概化计人人们考虑不周或未考虑到的影响因素的作用;分析方法简单,只需将因放大而改变的变形量作为已知位移的作用便可求出结构的响应这一准则的关键是确定那些特征部位和判定破坏的标准,应视具体结构的不同提出不同的判据.1.3能量准则和判据该准则基于几何非线性观点提出了稳定分折的干扰能量准则及基于最不利干扰位移的最小于扰能量判据.不仅从能量的观点给出了基于增稳内能与失稳外能比值表示的稳定安全系数,并运用点干扰能量值求出边坡
7、最小干扰能量等值面,以此来确定潜在滑动面.1.4一种联合运用的买用评判方法在解决工程稳定性问题中,根据稳定性广角度分析的准则和判据,首先运甩基于能量准则的等值面法,求出潜在的滑动面然后,根据所求潜在滑动面的信息,运用静力准则求出滑向和安全系数.为系统地解决工程稳定性问题中的潜在滑面,危险滑向及最小安全系数提供了实用有效的方法.2基于能量准则的等值面法物体平衡可能是稳定的,不稳定的或是随适的.物体平衡三种形式的最形象表示如图1所示QL3_稳定不稳定醢遇任Il暂佯平衡状悉2.1稳定分析的能量准则【2为了判断稳定性,由Dirichlet和K
8、elvin所提出的经典定义l3J:如由任一种瞬间的扰动作用所造成的物体附加位移,在扰动本身是任意小时,其幅度总可以是任意小的.舜f物体处于稳定状态;反之,若任意小的某一扰动会导致有限幅度变化,则为不稳定的.显然.稳定性的
