有限元法在加筋土结构设计中应用的必要性和可行性

介玉新，李广信

(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)

1 研究方法

工程设计离不开计算分析。在加筋土工程设计中，常用的方法是极限平衡法和有限元方法。其中极限平衡法是各国规范推荐的方法。有限元法是极限平衡法的重要补充，但至今没有写入规范。对其计算结果的可信度也存在很大争议。

国际上也曾进行过数值计算方面的比较，比如1991年美国克罗拉多大学的Wu等由州公路局支持在室内建造了分层布筋的加筋土挡墙，进行足尺模型试验。该模型墙称为Denver墙，包括一个黏性土挡墙和砂土挡墙。Wu等公布试验原始数据，让人们预测模型挡土墙的受力变形和破坏情况［1－3］。参加预测的有来自美国、日本、加拿大、英国和中国在内的共15个大学和研究机构。最终结果很不理想。时间又过去了20a，有限元软件本身和人们对有限元的认识也有了很大进步。除了有限元以外，其它计算手段，比如无网格法，基于差分方法的离散元等也发展迅速。颗粒流软件PFC2D和PFC3D在高校中广泛应用，用于揭示土等颗粒材料宏观性质与微观机理的内在关系。另外一种有限元软件，比如COMSOL，则以求解偏微分方程本身为研究对象，能够适用于更复杂的问题，尤其多场耦合问题。如何看待以有限元为代表的数值计算手段在岩土工程中的作用也越来越受人关注。本文主要探讨有限元法在加筋土结构设计中应用的必要性和可行性，就如何合理应用有限元等数值计算工具给出一些参考。……