强度折减法在边坡稳定分析中的应用

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1、第35卷，第3期公路工程Vo1．35．No．32010年6月HighwayEngineeringJun．，2010强度折减法在边坡稳定分析中的应用任沙(湖南省高速公路管理局，湖南长沙41001)[摘要】系统介绍了有限差分强度折减法的基本原理，指出了在数值分析过程中，判定边坡达到极限平衡状态的标准之——边坡滑动带塑性区的完全贯通。对一有特定滑动面的边坡实例(ZhangXing提供的椭球体滑面)进行了有限差分强度折减法数值模拟，对比分析了此边坡在达到极限状态前和极限状态时滑动带的塑性区发展和贯通情况，由滑动带塑性区完全贯通这一标准得到了此边坡的安全系数，与ZhangXing提供

2、的安全系数相近，说明有限差分强度折减法计算的安全系数具有一定准确性。通过变换边坡岩体的物理力学参数，再次用有限差分强度折减法分析了ZhangXing提供的椭球体滑面，得到不同安全系数，由此可知有限差分强度折减法计算的边坡安全系数是一个与岩体物理力学参数有关的量，说明此方法计算的安全系数有一定的局限性，需要进一步改进。[关键词】有限差分；强度折减；安全系数；FLAC[中图分类号]U416．1’4[文献标识码】B[文章编号]1674—0610(2010)03—0125—04AnalysisSlopeStabilityBasedonStrengthReductionMethodR

3、ENSha(HunanEepresswayAdministrationBureau，Changsha，Hunan410001，China)[Keywords]finite—difference；strengthreduction；safetyfactor；FLAC坡不在稳定，由此而获得的强度折减系数就是边坡0概述安全系数。目前采用的安全系数计算方法主要有3近年来，随着经济的日益发展，在诸如水电、露种⋯，分别为：天采矿、能源及交通等地质工程活动领域出现了越①基于强度储备的安全系数，即通过降低岩土来越多的高陡边坡，这些边坡影响着人们的生产生体强度来体现安全系数；活。众所周知，分

4、析土坡稳定性问题当前常用的是②超载储备安全系数，即通过增大荷载来体现有限单元法，它有传统的极限平衡法难以比拟的优安全系数；点。为使边坡工程的治理达到安全、经济的目的，弄③下滑力超载储备安全系数，即通过增大下滑清滑动面位置和形状则至为重要。应当指出，采用力但不增大抗滑力来计算滑坡推力设计值。有限元强度折减法要求对滑坡有详细勘察资料，即本文采用第①种方法，即在计算过程中将滑动知道坡体及其结构面(含滑动面)的位置、形状与强带的强度参数(黏聚力c和内摩擦角)逐步折度值。只有在这种情况下，才能获得准确的滑动面。减，即：本文针对一个复杂滑坡算例，通过有限差分强度折r：c+ntan()减

5、法，得到边坡的安全系数。为保障边坡工程的顺，C利进行和保障施工人员的生命安全提供理论指导合。了科学依据。妒=arctantan(~p)1l强度折减法将折减后所得参数输入进行有限差分计算，若1．1有限差分强度折减法滑动带塑性区没有完全贯通，则边坡仍处于稳定状在弹塑性有限差分静力计算中，通过不断降低态；继续折减，直到塑性区完全贯通为止，此时土体滑动面的强度参数(黏聚力C和内摩擦角)，使边出现大幅度塑性滑移，滑坡最终的折减系数即为滑【收稿日期】2010-04—06[作者简介】任沙(1977一)，男，湖南长沙人，工程师，主要从事公路建设与管理工作。126公路工程35卷本文选用Zha

6、ngXing(1998)提供的椭球体滑面算例，进行有限差分强度折减计算。图2为此算例在对称轴平面的示意图，在方向，此滑面为一椭圆面形状，见图3和图4。一厂一。Ⅳ咖+2c~／Ⅳl(2)算20(m)15一‘)㈩l0550(m)403020100图2ZhangXing椭球体滑面算例黉lJ㈩图3ZhangXing椭球体滑面网格图图1FLAC中的Mohr-Coulomb屈服准则1．3计算流程图4ZhangXing椭球体滑面滑动带网格圈弹塑性有限差分分析采用八节点六面体单元，2．2强度折减计算计算滑坡的安全系数的具体过程如下：采用有限差分程序FLAC3D对此椭球体滑面进①进行系统建模、

7、加载；行分析。计算范围为向(横向)：一60～0m，Y向②滑体、滑动带及稳定岩层的初始强度参数选(高度)：一10～18m，Z向(纵向)：一100～100m。用土体本身的黏聚力和内摩擦角，进行弹塑性有限约束条件为破面和顶面为自由端，其它均为法向约差分计算；束。数值模型共划分5557各结点，27529各四面③按式(1)中的C、值采用二分法进行折减计体单元，岩体物理力学参数见表1。计算中对滑体算；和滑床选用弹性本构关系，对滑动带选用Mohr—Cou—④经滑动带塑性区没有完全贯通，则继续折减lomb本构关系，其摩擦角为20。