强度折减弹塑性有限元法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到重视,本文对其中的有关问题进行了深入探讨,主要的研究工作包括: 1.大多数土工结构物变形与稳定性分析均可视为平面应变问题进行研究,如工程中常见的土石填筑坝、挡土墙、堤防、条形基础等。但目前的平面应变有限元计算中,采用土的抗剪强度参数(c,φ)仍是由三轴压缩试验测得的;有关试验表明,平面应变状态下采用三轴压缩试验获得的抗剪强度参数偏于保守。因此研究平面应变状态和三轴压缩状态下土的抗剪强度参数间的关系有着非常重要的意义。为此,本文在总结前人工作的基础上,针对不同中主应力系数,基于推广的SMP准则,推导建立了各种应力状态下一般粘性土强度参数之间的换算关系。将平面应变条件下的强度参数与三轴压缩状态下的强度参数进行了比较,并对两者的关系曲线进行数据拟合得到近似关系式。 2.利用推导出的平面应变状态与三轴压缩状态下强度参数之间的转换关系式,结合抗剪强度折减技术,发展土工稳定问题的强度折减弹塑性有限元数值分析方法,并编制相应的计算程序,进行边坡稳定的有限元数值分析。本文以广义塑性应变作为边坡失稳指标,依据广义塑性应变分布区的产生、发展乃至相互连通作为边坡失稳的判据。土体本构模型选取MCDP理想弹塑性本构模型,即屈服准则采用Mohr-Coulomb准则,塑性势函数取为Drucker-Prager准则中的函数形式,采用非关联流动法则,这种模型的特点是既能使屈服函数符合实际,又保证塑性应变计算中不出现奇异性。 3.通过编制的弹塑性有限元数值分析程序,计算了垂直边坡和两例天然边坡的稳定安全系数,并与采用三轴压缩条件下土的强度参数的计算结果进行对比分析可得,采用三轴应力条件下的强度参数将低估平面应变条件下的极限承载力。 4.采用Visual C++编写了面向对象的有限元数值分析程序,该计算程序不仅具有较强的计算功能,而且拥有丰富的前后处理功能。在后处理中,有限元计算结果可以通过彩色云图和等值线两种方法表达。利用计算机的图形实时显示技术,实现了对边坡失稳的评判过程,即通过对计算结果实时显示图形的观察,分析强度折减过程中广义塑性应变的发展变化,进而评判边坡的稳定性。