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1、强度折减有限元法的基本原理与判据 -岩土工程论文-市政工程论文-土木建筑论文文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印一一摘 要： 边坡稳定性分析一直是岩土工程中的一个重要课题 也是一个难题，其研究对工程领域及自然界有很重要的意义。强度折 减有限元法的出现是边坡稳定性分析的一大改进，其优点是：对复杂 边界条件具有良好的适用性，可以模拟斜坡的不稳定过程。文章对强 度折减有限元法的基本原理和失稳判据进行了分析总结，指出了三种 判据各自的局限性。关键词： 边坡稳定性; 强度折减; 有限元;0、 引言边坡主要分为两类，一类是天然边坡；一类是人工边坡，一般由土方填筑或地下开挖等原因形成。自然灾害
2、滑坡、坍塌和泥石流等都是由天然边坡失稳造成的，它严重危害人们的生命财产安全。工 程建设活动中的边坡开挖也会导致边坡不稳定，造成大面积的地面沉 降和滑坡塌陷，不仅会对项目本身造成损害，而且还会对周围的岩土 环境和建筑产生巨大影响。随着我国的快速发展，大规模的基础设施 建设和城市地下空间开发不可避免，各种工程边坡失稳事故也逐渐增 多。目前，边坡稳定性分析方法主要包括极限平衡法、极限分析法和 强度折减有限元法。强度折减有限元法具有许多优点，近年来在边坡 稳定性分析中被广泛采用。1 、强度折减有限元法的基本原理强度折减有限元法产生于20 世纪70年代，其主要通过增加 外部载荷或降低岩土强度来计算边坡的
3、安全系数，但由于当时的计算 力学不够发达、缺少相应的失稳判据等因素，未得到广泛推广。随着 计算机技术的飞速发展，出现了越来越多的数值分析方法和分析软件 并以其突出的优势，促进了强度折减有限元法在边坡稳定性分析领域 的应用。强度折减有限元法的基本原理是:将斜率强度参数内聚力c和内摩擦角除以减小因子F,得到一组新的强度参数值c和；然后继续 在软件中输入降低强度参数，尝试计算直到斜率达到极限平衡状态， 此时斜率受到剪切损坏；同时，可以获得临界滑动面，相应的缩减系 数 F 是最小安全系数。2、 强度折减有限元法的判据应用强度折减有限元法的关键是确定临界破坏准则，即不稳 定性判据的选择和确定。这也是相关
4、研究的重点。只有合理的不稳定 性标准才能获得更准确的边坡稳定安全系数及其滑动面。目前，得到 学者们肯定和广泛使用的边坡失稳有三个主要标准，即有限元计算不 收敛、特征点位移突变、塑性区完全贯通。2.1、有限元计算不收敛根据有限元解的收敛性确定不稳定状态，即给定非线性迭代 次数和极限，最大位移或不平衡力的残余值不能满足所需的收敛条件 此时的折减系数即为此边坡的安全系数。当我们以不平衡力或者最大 位移作为收敛准则时，会有一定的人为影响误差。2.2、特征点的位移发生突变斜坡的位移是突然的。通过数值计算得出计算域中某一部分 或某一特征点的位移与折减系数之间关系的变化特征，确定它是否不 稳定，如当缩减因子
5、增加到一定值时，某个部位或某个特征点的位移 突然增加很多，则认为此时边坡发生失稳。标准的物理意义是明确的， 但困难在于确定特征点和特殊部分。2.3、塑性区贯通斜坡潜在滑动面的塑性区域是其不稳定性的标准。当广义塑 性应变或等效塑性应变从斜坡的斜坡经过斜坡顶部时，它被用作斜坡 破坏的标志。根据某些物理量的变化和分布来判断，如数值计算域中 的广义剪切应变、当域中的塑性区域完全连接时，然后判断斜坡的破 坏程度，还需要看斜坡体是否产生无限大的塑性变形和位移。在有限 元软件的计算中，通过观察塑性区的塑性应变图来判断。3 、结论目前，利用强度折减有限元法进行边坡稳定性分析已成为研 究的重点。强度降低方法不需要做任何假设，并且可以获得任何形状 的斜坡的临界滑动面及其相应的安全系数等。它还可以详细描述斜坡 的不稳定过程和塑性区的发展过程。运用强度折减有限元法处理边坡 稳定性问题，有着广泛的适用性和良好的前景，值得我们深入讨论和 研究。
