层状岩质边坡稳定性有限元塑性极限分析上限法研究.pdf

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1、第39卷，第4期公路工程Vo1．39，No．42014年8月HighwayEngineeringAug．，2014层状岩质边坡稳定性有限元塑性极限分析上限法研究陈康(湖南省交通科学研究院，湖南长沙410015)[摘要】本文基于有限元上限法，研究了不同层理面参数、岩体容重和边坡坡高对边坡稳定性的影响，研究结果表明：随着层理面强度的增加，边坡稳定性越高；岩体容重和边坡坡高的增加，边坡越不稳定。本文研究成果可为类似工程起借鉴作用。[关键词】层状边坡；稳定性；有限元；上限法[中图分类号】u416．14[文献标识码]A[文章编号]1674—0610(2014)04—0295—04Up

2、perBoundMethodofPlasticLimitAnalysisUsingFiniteElementsforLayeredRockSlopeStabilityCHENKang(HunanCommunicationsResearchInstitute，Changsha，Hunan410015，China)[Abstract]Itresearchedonthedifferentlayerplaneparameters，bulkdensityofrockandtheslopeheightforslopestabilitybasedonthefiniteelementofu

3、pperboundmethod，theresultsshowed：Withtheincreaseofbeddingsurfacestrength，theslopestabilityhigher；Theincreaseofrockofbulkdensityandtheslopeheight，theslopemoreunstable．Theresultsofthisarticlecanbeareferenceforsimilarprojects．[Keywords]layeredslope；stability；thefiniteelement；upperlimitmethod度

4、边界约束条件以及由外功功率与内功功率相等条1引言件得到的目标函数，建立了求解孑L隙水压力条件下边坡稳定性分析是土力学的三大经典问题之土坡稳定性的有限元塑性极限分析线性规划数学模一，也是岩土工程中的重要课题，在土木工程、水利型。殷建华采用一种结合刚体有限元与极限分工程中具有广泛的应用背景和实际意义¨。。20世析上限法来求解边坡稳定性问题的新方法。借助刚纪初，国内岩土工程界应用国际上通用程序，大力发体有限单元离散计算区域并构造运动许可速度场，展有限元极限分析法并拓展其在岩土工程中的应利用传统的安全系数作为评价边坡稳定的定量指用。在基本理论研究、提高计算精度、拓宽应用范围标。杨昕

5、光基于Mohr—Coulomb屈服准则和有限及工程实际应用等方面取得了很大成绩。上限解通单元法，将边坡稳定上限极限分析形成标准二次锥过优化方法得到，更有利于复杂条件下的土工构筑规划数学模型，并转化为对偶问题的”静力形式”进物分析，现已成为极限分析领域最具发展潜力的方行求解，从而可以确定边坡内部的应力分布，进而使法。用迭代的方法确定材料在非线性破坏准则下的等效有限元极限分析上限法兼有数值分析法与经典剪切强度，最终得到问题的上限解。但以上成果未极限分析上限法两者的优点，特别适用于岩土工程涉及层状岩质边坡。综上，本文基于有限元塑性极的分析与设计。王均星基于塑性极限分析的上限分析上

6、限法对层状边坡稳定性展开研究，具有一限定理，考虑孑L隙水压力的影响，以结点速度为未知定的理论与实际意义。量，根据塑性流动约束条件、速度间断约束条件、速[收稿日期]2014—04—11[作者简介】陈康(1981一)，男，湖南郴州人，工程硕士，工程师，主要从事公路桥梁勘测设计与研究工作。296公路工程39卷2层状边坡有限元上限法构建(i=1，⋯，3；jl=1，⋯，)(9)式中：为无厚度节理单元的数量。2．1外力功率等于内力功率2．3速度边界条件塑性理论中，结构破坏时内部单元的耗散功率为了满足机动许可条件，计算的速率场必须满为：足己知的边界条件，即={u)【．s。】{)(1){五

7、)={五)，(k=1，⋯，)(10)式中：{五。)为单元节点速率；{。}为单元节点应式中：{五}为已知边界节点速率；三为边界总数。力；【s】为单元平衡矩阵。单元外部耗散功率为3节理单元研究￡={){F。)(2)3．1无厚度和等厚度节理单元一般情况下，有限元法计算层状岩体将层理面式中：{)为单元节点等效荷载向量。和节理视为无厚度单元或等厚度单元。无厚度节理根据塑性极限分析上限定理，单元在破坏时外单元采用2节点线性单元形式如图l所示，假定无部荷载所做的功率￡应等于内部耗散的功率的内厚度节理的速度、应力分量在长度方向呈线