有限元强度折减法在滑坡治理稳定性评价中的应用.pdf

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1、岩土工程界第11卷第10期边坡工程有限元强度折减法在滑坡治理稳定性评价中的应用董军苏生瑞(长安大学地测学院)摘要陕西省岚皋县某滑坡地质条件较差,工程对边坡稳定性要求较高,传统的极限平衡法在确定边坡安全系数时需要假设滑动面形状,不能得出准确的计算结果,采用有限元强度折减法,分别分析了该滑坡原始坡面、开挖后坡面(未支护)及支护后的边坡稳定系数。验证了采取抗滑桩治理后边坡的稳定系数有很大的提高,说明在该滑坡治理中采用抗滑桩是可行的。关键词有限元强度折减法稳定系数抗滑桩边坡稳定性的分析方法,目前大致可以分为极顶部的塑性贯通区,此

2、时的折减参数就是边坡的稳限平衡方法、极限分析方法、随机变量分析方法、有定系数。[1-2]限元分析方法四类。极限平衡法是滑坡稳定分析计算的主要方法,也是工程实践中应用最多的一1边坡稳定性二维有限元分析的强度折减法种方法。但建立在极限平衡理论基础上的各种稳定1.1屈服准则性分析方法没有考虑岩土体内部的应力-应变关土通常是各向异性、非均质、非线性弹塑性体。系,不能求出滑坡坡体的真实受力,无法分析滑坡破它的应力-应变和强度特性是非常复杂的,即使是坏的发生和发展过程,且在计算过程中需假定滑动均质土体,也要受到应力历史、应力路径和应

3、力水平面形状并寻找最危险滑动面。而有限元法不但满足的制约。一般大型有限元采用的强度准则为广义的力的平衡条件,而且还考虑了材料的应力-应变关Mises屈服准则,即Drucker-Prager准则。系,使得计算结果更加精确、合理。特别是近年来,Drucker-Prager屈服准则的表达式为:由于计算机技术的快速发展,基于有限元强度折减1系数法在滑坡稳定性分析中越来越具吸引力。12F=3BR+T-R=0(1)mSMSy到目前为止,已有许多学者对有限元折减系数2法进行了较为深入的研究:Zvienkiewicz在1975年1式中:

4、Rm=Rx+Ry+Rz为平均应力或静水[3]3提出强度折减技巧;连镇营、栾茂田用有限元强度折减法分析边坡失稳后提出比较有意义的新见压力;S为偏应力差;B为材料参数,B=[4-5]解;赵尚毅、郑颖人从土的本构关系出发,比较2sinU;M为Mises准则中的相关参数矩了几种屈服准则的计算精度,并把摩尔-库伦等面33-sinU积圆的D-P准则运用于工程分析,使数值求解更精6ccosU[6]阵;Ry=,U为土体内摩擦角(b),c确;许建聪、尚岳全通过研究大量的文献报道及自33-sinU己的工程实践统计出有限元折减法的稳定系数与极

5、为土体的粘聚力(kPa)。[7]限平衡法稳定系数的关系;张培文,陈祖煜根据土但是Drucker-Prager屈服准则算出的稳定系的弹性模量和泊松比满足双曲线关系及弹性模量和[9]数偏大,本文采用的屈服准则为平面应变条件下泊松比折减的基本原理,提出泊松比对安全系数的求的Mohr-Coulomb准则相匹配的Drucker-Prager[8]解是有影响的,而弹性模量的影响一般较小。准则,在P平面上表现为圆,是Mohr-Coulomb准本文探讨了折减有限元强度参数法在岚皋某滑则的特殊形式。坡治理中的稳定性评价,采用的屈服准则为与

6、摩尔-库伦等面积圆的D-P准则,通过不断折减岩土A=23sinU23P9-sin2U体的强度参数致使计算不收敛和滑坡体出现底部到1收稿日期22008-03-0549边坡工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.1063cosU如图1所示。边坡预设计方案为标高428.00m,开B=(2)23P9-sin2挖宽3m的工作马道,马道向上设计坡度1:1.5。马U道上布置抗滑桩35根,桩中心间距6m,桩断面尺寸将上面的c、U值与Mohr-Coulomb外接圆准1.8m@2.4m,设计桩长10m~

7、15m。桩顶与台阶面则进行转换,就可以得到校正后的c、U值。平,进入基岩5~7m,砼强度C30。同时坡面格构防1.2边坡稳定性安全系数的定义护并采取有效的截(排)水措施,防止地表水进入滑有限元强度折减法中安全系数定义为沿滑动面坡体。同时格构内植草护坡。计算采取的典型断面[9]的抗剪强度与实际滑动面上的实际剪应力的比值是剖面2-2如`图1所示。Qc+RtanUdlK=(3)QSdl将上式两边同除以K,变为cRQ+tanUdlQc'+RtanU'dlKK1==QSdlQSdlctanU其中c'=、U'=arcotKK图1计算

8、采用的典型断面上式中左边等于1,表明当强度折减K以后,坡体进入临界状态。2.2计算采用的物理力学参数强度折减法是通过逐步调整系数K,得到不同根据提供的地质勘察报告及验算,计算参数取的cc、U,'将cc、U代'入有限元程序,反复分析边坡,值见表1。直至坡体达到临界状态,坡体达到临界状态时的K值即作为边坡稳定性安全系数。