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1、有限元极限分析法在边坡中的应用,重庆市地质灾害防治工程技术研究中心 中国人民解放军后勤工程学院,教授,郑颖人,弹性状态材料受力后变形，但可恢复 . 材料满足屈服准则，进入塑性。 塑性状态材料出现不可恢复的塑性变形 材料满足破坏准则， 材料分离破坏。 破坏状态目前尚无 破坏准则，但材料整体 破坏可采用极限分析法,材料的受力过程,一、有限元极限分析法 经典极限分析法适用工程设计 但需要事先知道破坏面，适应性差 有限元法适应性广,但无法算 安全系数 有限元极限分析法,既适用于工程 设计,且适应性广 特别适用于岩土工程设计 （边(滑)坡、地基、隧道）,1、有限元极限分析法的原理 安全系数定义 强度储备
2、安全系数,边坡体的垂直条分法,2、有限元强度折减法,有限元强度折减法 不断降低岩土C、 值，直到破坏。自动生成破坏面，给出破坏信息。,强度降低，破坏面自动形成可求安全系数，还可求破坏面,剪切应变增量云图,a.滑面塑性区贯通 b.滑动面上的位移与应变将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动 c.有限元计算都不收敛，采用力或位移不收敛作为边坡破坏判据,直线滑动面,3、有限元中边坡破坏的判据,滑面上节点水平位移随荷载的增加而发生突变,两种 算法 安全 系数 比较,1、具有两组平行节理面的岩质边坡,两组方向不同的节理，第一组软弱结构面倾角30度，第二组软弱结构面倾角75度.,二、有限元极限分析法在岩石
3、边坡中的应用,计算结果,首先贯通的滑动面 滑动面继续发展,2. 岩土质二元边坡稳定分析,结构面强度参数取c=10、=20,结构面强度参数取c= 30、=30,3岩质边坡倾倒稳定分析(离散元),结构面倾角 强度折减系数1.30,结构面倾角2，安全系数1.96,三维楔形体的计算,非对称楔形体模型 非对称楔形体计算 等效塑性应变图,有限元强度折减法安全系数为1.60， 用理正岩土系列软件计算安全系数为1.636。 两者的计算误差为2.2%。,4. 三维边坡稳定分析,5、边坡分类与破坏特征(11类) 类均质土边坡(可视、动态、定量),顺层边坡破坏特征示意图,溃屈边坡破坏特征示意图,双向顺层边坡破坏特征
4、示意图,三维楔形体边坡破坏特征示意图,切层边坡破坏特征示意图,倾倒边坡破坏特征示意图,堆积层边坡破坏特征示意图,岩土二元边坡破坏特征示意图,软岩挤出边坡破坏特征示意图,三、有限元极限分析法在抗滑桩设计中的应用,抗滑桩设计中存在的问题: 1、无法计算桩前抗力（假设为0或剩余抗滑力） 2、无法计算推力分布规律 3、不能进行桩长设计 4、不能计算埋入式抗滑桩的推力与抗力 5、不能计算多排抗滑桩与抗滑桩间距,1、滑坡推力与桩前抗力的计算,重庆市奉节县内分界梁隧道滑坡， 抗滑桩截面尺寸为2.4m3.6m。,表1 材料物理力学参数,采用实体单元模拟或梁单元模拟桩,不同方法滑坡推力与桩前抗力,1、三种算法，
5、滑坡推力基本一致； 2、实体单元法与梁单元法抗力与实际推力 相近，不平衡推力法相差大；,2 推力与抗力的分布规律,计算机可显示滑面以上桩后推力与桩前抗力的水平应力分布。,图5 推力分布 图6 抗力分布,3、抗滑桩长度的确定 目前设计中缺乏桩长设计 a.桩长延伸到地面是否能确保边坡的稳定； b.桩长延伸到地面是否必要会不会造成浪费。,安全系数1.0,桩长变化与滑动面的位置,桩长： 7米 9米 11米 安全系数: 1.14 1.17 1.19,桩增长, 滑面升高、安全系数增加,桩长: 15米 17米 19米 安全系数:1.19 1.19 1.23,桩长: 21米 23米 25米 安全系数:1.25
6、 1.29 1.34,合理桩长: 桩长安全系数大于设计安全系数,-,设计要求安全系数1.15,桩长与内力关系: 桩缩短，弯矩、剪力降低,模型尺寸: 3.52.82.02米 模型桩长: 2.2米, 1.8米, 1.5米, 1.2米,抗 滑 桩 室 内 模 型 试 验,模型计算与数值计算五个相同,(1) 当试验加载到破坏，荷载相同 (2) 破坏面相同 (3)沉埋桩顶上土体受力相同 (4)桩上推力与分布相同 (5)桩上抗力与分布相同,云阳分界梁隧道出口段滑坡 1、工程概况 两条隧道通过滑坡地段,平面布置图,合理桩长的确定,断地质剖面图,桩长24m，滑坡的稳定性已达到设计安全要求,已应用于云阳、武隆、
7、奉节五个工地，节省桩费用3060%,埋入式抗滑桩与全长抗滑桩的比较 比值 桩长缩短22m47.8% 推力减少725Km 16% 弯矩减少123400KN.m 36% 节省费用1000万,武隆滑坡图,每个剖面上4排桩，3排为埋入式桩， 节省投资6千余万元。,四、 有限元极限分析法在加筋土挡墙应用,60米高加筋土边坡是重大突破 规范采用经验法计算，坡高小于20米,广西河池机场节省经费约六千万 已稳定三年,某机场百米高边坡方案比较原方案：无加筋土，自然放坡1:2.5方案1：42米高加筋土，自然放坡1:2.8方案2：42米高加筋土，自然放坡1:2.5,边坡剖面示意图 跑道总长为3800米,土工格栅示意
8、图,加筋土挡墙与原方案工程费用对比表,土地价格100万元/亩，土方的单价取10元/m3,加筋土与桩联合支挡方案示意图,边坡高75m，加筋土高50m， 桩悬臂长25m(正在施工),采用多手段评价滑坡演变过程,五、建立地质灾害监测网络，提高预警预报水平，减少误报漏报,建立全过程评价指标体系,滑坡全过程分段（四阶段）演变,中长期预报,短期预报,临滑预报,弱变形,强变形,临滑段,滑坡位移监测演变过程,监测曲线,1.07,1.10,按粘弹塑计算不同安全系数速度-时间曲线,1.02,1.04,等速蠕变加速蠕变,稳定 等速蠕变阶段,重要边滑坡计算曲线与监测曲线对比图,实测,1.03,1.02,张飞庙滑坡,从位移值与曲线趋势看，安全系数1.03,1.08,长期预报阶段只做内部预报，并做好应急抢险准备工作，安全系数1.04-1.08，减少误报。 短期预报加强监测预报，严密监视临滑阶段出现，并进行应急抢险治理工作, 安全系数1.02-1.04； 临滑阶段，准确预报滑坡日期，并必须撤离群众，安全系数1.02以下。减少错报、漏报。,谢谢,
