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《昆明理工大学》 2009年
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有限元强度折减法土质边坡稳定性分析

裴利剑  
【摘要】:有限元强度折减法作为一种理论更加完善的边坡稳定分析方法,至创立以来日益受到人们的关注。本文针对该方法的失稳判据、强度准则、安全系数搜索、有限元计算精度以及解的性质等几个问题进行了分析。研究表明: 对于平面应变问题,可采用平面应变关联流动法则下的莫尔-库仑匹配D-P强度准则(M-C内切圆准则)或平面应变非关联流动法则下的莫尔-库仑匹配D-P强度准则,一般与极限平衡严格条分法计算结果较为接近,具有较高的计算精度。其相互差距约在3%内。 当前流行的有限元数值迭代不收敛判据、特征部位位移发生突变判据、广义塑性应变或等效塑性应变贯通判据等三类判据在理论上具有统一性和一致性。且以有限元数值迭代不收敛判据使用最为方便和可靠。 有限元强度折减法计算精度与网格模型的选取密切相关。网格模型越粗糙,所得安全系数越大,反之安全系数越小。不同疏密程度的网格模型得到的计算结果之间的差距可达5%以上。而只有当网格足够细密时,所得安全系数才趋近于精确解或真实值。因此采用具有足够细密程度的网格模型对于提高计算精度是非常有必要的。采用局部细化网格模型,取细化区网格边长为坡高的1/30左右可取得较高的计算精度且耗时较少。 模型边界对计算精度的影响很小。计算时只要取模型边界稍大于潜在滑面(或滑带)位置即可,这样做可使模型尽量地小,从而减少计算量,提高计算效率。 边坡土体的弹性模量E和泊松比v在小变形情况下对安全系数计算结果的影响很小。关系式sinφ≥1-2v对于计算边坡安全系数来说是不必要的。 有限元强度折减法得到的安全系数具有上限性。有限元强度折减法计算理论更为完善,因此一般情况下该方法有更高的可靠性。该方法所具有的上限性,其计算结果一般偏大,偏于不安全,而极限平衡法(严格条分法)所得安全系数比强度折减法更大(约1%~3%),因此有理由说极限平衡法(严格条分法)计算结果是偏高偏于不安全的。
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