张 兵 李泰兴

(铁道第三勘察设计院集团公司, 天津 300251)

目前,边坡稳定性分析方法主要有极限平衡法、极限分析法以及有限元法。随着计算机技术及有限元理论的发展,近年来,有限元强度折减法被重视起来。与极限平衡法相比,该方法能够考虑土体的应力应变关系,分析边坡破坏的发生及发展过程,尤其是用来分析复杂边坡时具有极限平衡法无法比拟的优势。但限制该方法在边坡稳定性分析中应用的主要原因是对边坡失稳判据没有形成统一的认识,自从1975年Zienkiewice[1]提出了有限元强度折减法的思想以来,国内外不少学者对失稳判据做了大量的研究工作,提出了不少的研究成果,现在常用的三种失稳判据为：数值收敛性判据、特征点位移判据、塑性区判据[2]。本文采用边坡位移矢量角,利用 ANSYS计算模型,以理想弹塑性材料,基于强度折减法,计算边坡的稳定系数。

1 有限元强度折减法的原理

有限元强度折减法的原理就是逐渐改变折减系数来降低边坡的强度参数值,即将C、tanφ同除以同一个折减系数F,得到新的强度参数值C′、tanφ′。再进行有限元计算,直至折减到边坡达到临界状态,发生破坏为止(如图1),此时的折减系数Fs为边坡的稳定系数。

图1 有限元强度折减法示意

2 屈服准则

大型有限元程序ANSYS为岩土体弹塑性分析提供了符合Drucker-Prager屈服条件[3～4]的模型来模拟岩土介质。Drucker-Prager准则是目前岩土工程领域中常用的屈服准则,其表达式为

(1)

表1为两种屈服准则的转换关系。……