论文部分内容阅读
摘 要：有限元强度折减法对内摩擦角及粘聚力采用同一系数同时进行折减分析边坡的稳定性，而实际工程中当边坡产生滑动时，摩擦角及粘聚力均会发生衰减，但是衰减的速度与程度是不一样的，利用强度折减法计算的安全系数与实际工程将会有较大出入。本文考虑两参数的不同衰减程度，对内摩擦角及粘聚力采用不同的折减系数，对边坡进行稳定性分析。
关键词：有限元强度折减法；双折减系数；边坡稳定性分析
1.概述
有限元强度折减法[1， 2]是现在使用较多的边坡稳定性分析方法，基本原理就是将 、 值同时除以同一个折减系数，得到新的 、 值，当两参数折减至边坡稳定的临界状态[3 ，4 ，5]时，此时的折减系数就是边坡的安全系数，而实际工程中当滑坡产生滑动时，两参数所起的作用不同，它们发挥的程度及秩序也不同。当滑坡发生滑动时，摩擦角及粘聚力均会发生衰减，但是衰减的速度与程度是不一样的。所以有限元强度折减的这与工程实际并不相符，利用强度折减法计算的安全系数与实际工程将会有较大出入，故此法并不能准确反映 、 的安全储备，所以考虑对两参数采用不同的折减系数是十分必要的。
2.基本原理
为了更好的模拟土体的内摩擦角及粘聚力在边坡滑动时的变化情况，双折减系数法通过对内摩擦角及粘聚力取不同的折减系数 、 进行折减，将折减后的参数代入分析边坡的稳定性，直至边坡恰好处于稳定的极限状态为止，此时的 、 称为双折减系数。
为了简化运算，这里定义另外一个比例系数 ， ，这样在一定的 值下，两个折减参数之间的关系是确定的，这样对于不同的边坡，我们只要找到合适的 值就能确定边坡的双折减系数。
本文重点研究不同坡角下，边坡的双折减系数。通过对典型边坡实例分析，在给定的不同 值下，利用大型有限元软件ABAQUS计算内摩擦角及粘聚力的折减系数 、 ，并得到两折减系数的平均值 。将三者绘制在同一个 坐标系中，对曲线进行拟合得到光滑曲线，分析系数 与折减系数之间的关系。
3.模型建立及分析
某边坡坡角为45°，坡高为20m，坡前缘长为30m，后缘长为50m，边坡上下顶总高为坡高的2倍，边坡土体参数：重度25 KN/m3；粘聚力40/KPa；摩擦角20°；变形模量80MPa；泊松比0.25。
建立模型，对边坡进行强度折减，可得各个不同 值下的折减系数 、 ，为了对比分析，在取定坡高为20m的情况下，改变坡角为25°、30°、35°、40°、45°、50°，分别计算其折减系数得表格1。
由图1-3可以看出， 随 值的增加而逐渐减小， 随 值的增加而逐渐增大， 随 值的增大先减小后增大，呈上凹曲线形状，在这个过程中 在某一个 值时取得极值。极值点的含义为在此时的 值，边坡的抗滑力最小，边坡处于最不稳定的工况，取此时的 值作为模拟边坡破坏时的工况，通过软件模拟计算得此时双折减系数。从图中可以看出当边坡坡角小于45°时，取得极值点的 值大约在0.8～0.9之间，当边坡坡角大于45°时，取得极值点的 值大约在1.0～1.1之间。只要确定 值，就能利用有限元软件求得边坡的安全系数。根据 的定义，当取 时， 的折减系数小于 的折减系数，表示边坡土体粘聚力的强度储备比内摩擦的强度储备小，此时边坡的安全系数取 的折减系数较为准确；当取 时， 的折减系数大于 的折减系数，表示边坡土体在抗滑过程中 的强度储备比 的强度储备大，此时边坡的安全系数取 的折减系数较为准确。跟传统的强度折减法比较双折减系数强度折减法能更好的模拟边坡土体在抗滑过程中 、 作用的程度及顺序。
利用基于极限平衡法理论的slide软件，分别计算各个坡角下边坡的安全系数，比较毕肖普法、传统强度折减法、双折减系数强度折减法三种不同方法喜爱边坡的安全系数及对其结果进行误差分析。由前面的结论知当边坡坡角小于45°时取进行计算，当边坡坡角大于等于45°时，取 进行计算。误差分析可知，双折减系数强度折减法与毕肖普法的结果比较接近，误差一般控制在6%以内，能够较好的分析边坡的稳定性。
4.结论
（1） 传统的强度折减法并不能很好的模拟边坡失稳时两个参数的变化，本文提出一种改进的强度折减法-双折减系数强度折减法能够更好的模拟两参数的变化。
（2）双强度折减法分析边坡稳定性关键在于比例系数 值的确定，当坡角小于45°时， 可取0.9进行计算；当坡角大于等于45°时， 值可取1.1进行计算。最后选取 、 中较小的折减系数作为边坡的安全系数，其结果更偏于安全，与极限平衡法的安全系数较为接近，精度相对于传统折减法有较大提高，能较好的模拟边坡在失稳破坏时， 、 两者作用的程度及顺序。
参考文献
[1] 赵尚毅、郑颖人、邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报， 2003， 22（2）： 254-260.
[2] 赵尚毅、郑颖人、时卫民等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报，2002， 24（3）：343-346.
[3] 郑宏、李春光等.求解安全系数的有限元法[J].岩土工程学报，2002，24（5）： 626-628.
[4] 栾茂田、武亚军、年廷凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报， 2003， 23（3）： 1-8.
[5] 连镇营、韩国城、孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报，2001， 23（4）： 407-411.
关键词：有限元强度折减法；双折减系数；边坡稳定性分析
1.概述
有限元强度折减法[1， 2]是现在使用较多的边坡稳定性分析方法，基本原理就是将 、 值同时除以同一个折减系数，得到新的 、 值，当两参数折减至边坡稳定的临界状态[3 ，4 ，5]时，此时的折减系数就是边坡的安全系数，而实际工程中当滑坡产生滑动时，两参数所起的作用不同，它们发挥的程度及秩序也不同。当滑坡发生滑动时，摩擦角及粘聚力均会发生衰减，但是衰减的速度与程度是不一样的。所以有限元强度折减的这与工程实际并不相符，利用强度折减法计算的安全系数与实际工程将会有较大出入，故此法并不能准确反映 、 的安全储备，所以考虑对两参数采用不同的折减系数是十分必要的。
2.基本原理
为了更好的模拟土体的内摩擦角及粘聚力在边坡滑动时的变化情况，双折减系数法通过对内摩擦角及粘聚力取不同的折减系数 、 进行折减，将折减后的参数代入分析边坡的稳定性，直至边坡恰好处于稳定的极限状态为止，此时的 、 称为双折减系数。
为了简化运算，这里定义另外一个比例系数 ， ，这样在一定的 值下，两个折减参数之间的关系是确定的，这样对于不同的边坡，我们只要找到合适的 值就能确定边坡的双折减系数。
本文重点研究不同坡角下，边坡的双折减系数。通过对典型边坡实例分析，在给定的不同 值下，利用大型有限元软件ABAQUS计算内摩擦角及粘聚力的折减系数 、 ，并得到两折减系数的平均值 。将三者绘制在同一个 坐标系中，对曲线进行拟合得到光滑曲线，分析系数 与折减系数之间的关系。
3.模型建立及分析
某边坡坡角为45°，坡高为20m，坡前缘长为30m，后缘长为50m，边坡上下顶总高为坡高的2倍，边坡土体参数：重度25 KN/m3；粘聚力40/KPa；摩擦角20°；变形模量80MPa；泊松比0.25。
建立模型，对边坡进行强度折减，可得各个不同 值下的折减系数 、 ，为了对比分析，在取定坡高为20m的情况下，改变坡角为25°、30°、35°、40°、45°、50°，分别计算其折减系数得表格1。
由图1-3可以看出， 随 值的增加而逐渐减小， 随 值的增加而逐渐增大， 随 值的增大先减小后增大，呈上凹曲线形状，在这个过程中 在某一个 值时取得极值。极值点的含义为在此时的 值，边坡的抗滑力最小，边坡处于最不稳定的工况，取此时的 值作为模拟边坡破坏时的工况，通过软件模拟计算得此时双折减系数。从图中可以看出当边坡坡角小于45°时，取得极值点的 值大约在0.8～0.9之间，当边坡坡角大于45°时，取得极值点的 值大约在1.0～1.1之间。只要确定 值，就能利用有限元软件求得边坡的安全系数。根据 的定义，当取 时， 的折减系数小于 的折减系数，表示边坡土体粘聚力的强度储备比内摩擦的强度储备小，此时边坡的安全系数取 的折减系数较为准确；当取 时， 的折减系数大于 的折减系数，表示边坡土体在抗滑过程中 的强度储备比 的强度储备大，此时边坡的安全系数取 的折减系数较为准确。跟传统的强度折减法比较双折减系数强度折减法能更好的模拟边坡土体在抗滑过程中 、 作用的程度及顺序。
利用基于极限平衡法理论的slide软件，分别计算各个坡角下边坡的安全系数，比较毕肖普法、传统强度折减法、双折减系数强度折减法三种不同方法喜爱边坡的安全系数及对其结果进行误差分析。由前面的结论知当边坡坡角小于45°时取进行计算，当边坡坡角大于等于45°时，取 进行计算。误差分析可知，双折减系数强度折减法与毕肖普法的结果比较接近，误差一般控制在6%以内，能够较好的分析边坡的稳定性。
4.结论
（1） 传统的强度折减法并不能很好的模拟边坡失稳时两个参数的变化，本文提出一种改进的强度折减法-双折减系数强度折减法能够更好的模拟两参数的变化。
（2）双强度折减法分析边坡稳定性关键在于比例系数 值的确定，当坡角小于45°时， 可取0.9进行计算；当坡角大于等于45°时， 值可取1.1进行计算。最后选取 、 中较小的折减系数作为边坡的安全系数，其结果更偏于安全，与极限平衡法的安全系数较为接近，精度相对于传统折减法有较大提高，能较好的模拟边坡在失稳破坏时， 、 两者作用的程度及顺序。
参考文献
[1] 赵尚毅、郑颖人、邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报， 2003， 22（2）： 254-260.
[2] 赵尚毅、郑颖人、时卫民等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报，2002， 24（3）：343-346.
[3] 郑宏、李春光等.求解安全系数的有限元法[J].岩土工程学报，2002，24（5）： 626-628.
[4] 栾茂田、武亚军、年廷凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报， 2003， 23（3）： 1-8.
[5] 连镇营、韩国城、孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报，2001， 23（4）： 407-411.