边坡稳定分析极限平衡方法讨论.doc

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1、边坡稳定分析极限平衡方法的讨论邵龙潭(大连理工大学工程力学系,辽宁大连116024)摘要：证明了在平面应变条件下，阻滑力和滑动力代数和相等是土体沿滑面整体达到极限平衡的充分必要条件；用阻滑力代数和与滑动力代数和之比定义的安全系数是在整体平均（中值）意义上土体沿滑面达到极限平衡的充分必要条件，其物理意义是土体整体达到极限平衡的平均强度折减系数或称为强度储备系数。因此，在计算安全系数时，不再要求假定滑面为圆弧；传统的条分法也适用于任意形状滑动曲面；基于有限元应力分析的极限平衡法与传统条分法和强度折减法在本质上是一

2、致的，算例表明三者的安全系数结果和最危险滑面位置很接近。关键词：边坡稳定；安全系数；有限元；极限平衡法；强度折减中图分类号：文献标识码：ADiscussiononLimitEquilibriumMethodforSlopeStabilityAnalysisSHAOLong-tan(DepartmentofEngineeringMechanics,DalianUniversityofTechnology,Liaoning,Dalian,116024)AbstractItisprovedthattheessent

3、ialandfullconditionforthesoilmasstobeinlimitequilibriumstatealongaslidingsurfaceisthatthesumofslideforceequalstothatofresistantslidingforce.Itshowsthatthesafetyfactoristhemiddlevalueofthestrengthreductionthatmakessoilmassbeinlimitequilibriumstatealongthesur

4、face.Thesafetyfactorisdefinedastheratioofthesumofresistantslideforcetothesumofslideforcealongthesurface.Itisalsotheessentialandfullconditionforthesoilmasstobeinlimitequilibriumstatealongthesurface.Therefore,itisnotnecessarytoassumethattheslidesurfaceisacirc

5、lewhencalculatingsafetyfactor.Thelimitequilibriummethodfortheslopestabilityassessmentcanbeusedtotheproblemswithanyshapesofslidesurface.Italsoshowsthatthenatureofthesafetyfactorisagreeabletothefactorofthereductionofshearstrength.Numericalexamplesaregiventosh

6、owthattheresultsofthesestwofactorstogetherwiththeirownpotentialdangerousslidesurfacesarenearlythesame.Keywords:slopestabilityanalysis;safetyfactor;FEM,limitequilibriummethod,strengthreduction1引言强度折减法和极限平衡分析法是基于有限元应力应变分析评价土体结构稳定的两种主要方法。有限元强度折减法的基本思路是在土体结构的应力

7、应变分析过程中，逐次折减土体的抗剪强度，反复计算直到按照一定的判别标准确定土体结构破坏，把此时的折减系数作为安全系数。基于有限元应力分析的极限平衡法是从传统极限平衡分析方法演变而来，它根据土体的应力分布在给定的滑面上按照力或力矩的平衡条件计算安全系数，在整个滑动区域上搜索确定潜在最危险滑动面和安全系数。与传统的条分法相比，基于土体有限元应力计算的稳定分析方法具有明显的优点：应力计算不再需要刚性土条的假设和内力分布的各种假定；在有限元分析的意义上严格满足土体内力平衡和变形相容条件；可以考虑土的复杂本构关系；适应

8、各种复杂荷载条件和边界条件。强度折减法和基于有限元应力分析的极限平衡法都建立在有限元分析的基础上，都可以考虑土体的弹塑性本构关系以及变形对土体应力的影响，都可以得到最危险滑动面及相应的最小安全系数。比较而言，强度折减法的优点是可以反映土体结构破坏的演进过程，可以给出最容易出现破坏的区域，不需要搜索最危险滑动面；缺点是计算工作量大，对复杂土体结构的适应性比较差；目前遇到的最大困难是不能给出统一的破坏判