用有限元强度折减法计算边坡安全系数

李守华 路 韡

1 概述

边坡是指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是坡面坡顶及其下部一定深度坡体的总称[1]。边坡工程对国民经济建设有重要的影响。在铁路、公路与水利建设中，边坡修建是不可避免的，边坡的稳定性严重影响到铁路、公路与水利工程的施工安全、运营安全及建设成本。目前，边坡稳定分析常用的方法基本上可分为:极限平衡方法和有限元强度折减法。极限平衡方法是以摩尔—库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分成若干垂直条块，建立作用在垂直条块上的力的平衡方程式，求解安全系数。但该方法需遵循一些基本假定。如在求安全系数时通常需要假定滑裂面形状，且需对土体条间力的大小及方向等进行假设;而用有限元强度折减法求解稳定安全系数时可以不必假设土条间的作用力和滑裂面的位置和形状，能通过强度折减后直接得到安全系数和滑裂面。因此，该法能处理复杂几何轮廓和边界条件，有着广泛的适用性和良好的应用前景。

2 强度折减法基本原理

1975年Zienkiewicz等首次在土工弹塑性有限元数值分析中提出了抗剪强度折减系数概念。但受到当时计算机发展水平的限制，该方法并未得到广泛应用。近年来随着计算机技术的飞速发展，该方法在实际中逐渐得到广泛应用[2-7]。其基本原理就是逐渐减少土体的剪切强度参数直至土坡破坏，其减少的倍数ω(即临界折减系数)被定义为安全系数，由此所确定的安全系数概念与Bishop在极限平衡法中所给出的稳定安全系数在概念上是一致的。……