有限元強(qiáng)度折減法及其在邊坡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

有限元強(qiáng)度折減法及其在邊坡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

提綱1.前言3.有限元強(qiáng)度折減法的兩個(gè)理論問(wèn)題

4.在土坡與巖石邊坡中的應(yīng)用5.在支擋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用2.有限元強(qiáng)度折減法的優(yōu)點(diǎn)6.基于有限元強(qiáng)度折減法確定滑坡多滑面方法研究

邊坡穩(wěn)定分析方法：有限元單元網(wǎng)格劃分邊坡體的垂直條分和受力分析

安全系數(shù)有限元法有限元強(qiáng)度折減法極限平衡法1.前言有限元強(qiáng)度折減法的基本原理有限元強(qiáng)度折減法原理不斷降低巖土C、值，直到破壞。

至破壞時(shí)C、降低倍數(shù)就是安全系數(shù)，上世紀(jì)70年代末提出，至今未被廣泛應(yīng)用。2有限元強(qiáng)度折減法的優(yōu)越性（1）具有有限元法的一切優(yōu)點(diǎn)；（2）能算出無(wú)支護(hù)情況下邊坡滑動(dòng)面與穩(wěn)定安全系數(shù)?；瑒?dòng)面為一局部塑性應(yīng)變剪切帶，在水平位移突變的地方.

土質(zhì)邊坡的漸進(jìn)破壞過(guò)程（3）能對(duì)有支護(hù)情況下邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

不加錨桿時(shí)的塑性區(qū)

加錨桿時(shí)的塑性區(qū)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.1有錨桿支護(hù)時(shí)安全系數(shù)為1.5（4）能根據(jù)巖土介質(zhì)與支擋結(jié)構(gòu)共同作用計(jì)算出支擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。（5）能模擬施工過(guò)程。3.有限元強(qiáng)度折減法的兩個(gè)理論問(wèn)題

什么是破壞?破壞是物體整體不能承載,物體部分發(fā)生分離。彈性塑性破壞滑面上每點(diǎn)達(dá)到極限平衡狀態(tài)是屈服不是破壞?；嫔厦奎c(diǎn)塑性應(yīng)變都達(dá)到極限應(yīng)變才是破壞。3.1有限元中邊坡破壞的判據(jù)。邊坡達(dá)到破壞狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)面上的位移將產(chǎn)生突變，產(chǎn)生很大的且無(wú)限制的塑性流動(dòng)，有限元計(jì)算都不收斂，因此采用力或位移不收斂作為邊坡破壞的判據(jù)是合理的。邊坡失穩(wěn)后形成的直線滑動(dòng)面滑面上節(jié)點(diǎn)水平位移隨荷載的增加而發(fā)生突變

塑性區(qū)貫通并不一定意味著破壞，塑性區(qū)貫通是破壞的必要條件，但不是充分條件，還要看應(yīng)變是否達(dá)到一定的值.

3.2屈服準(zhǔn)則的選用模型：理想彈塑性體準(zhǔn)則：莫爾—庫(kù)侖（近似），平面上的屈服曲線實(shí)用準(zhǔn)則：德魯克—普拉格(DP)外角圓、內(nèi)角圓、等面積圓平面應(yīng)變莫爾—庫(kù)侖匹配圓:內(nèi)切圓（正交）,匹配圓（非正交）

平面上的屈服曲線編號(hào)準(zhǔn)則種類(lèi)DP1外角點(diǎn)外接D-P圓

DP2內(nèi)角點(diǎn)外接D-P圓DP3內(nèi)切D-P圓DP4等面積圓DP5非正交匹配圓表3-1各準(zhǔn)則參數(shù)換算表

強(qiáng)度準(zhǔn)則圖3-2有限元單元網(wǎng)格劃分4在土坡與巖石邊坡中的應(yīng)用4.1在均質(zhì)土坡中的應(yīng)用

方法坡角（o）3035404550FEM(DP1)1.911.741.621.501.41FEM(DP2)1.641.491.381.271.19FEM(DP3)1.561.421.311.211.12Spencer法1.551.411.301.201.12(DP1-S)/S0.230.230.250.250.26(DP2-S)/S0.050.060.060.060.06(DP3-S)/S0.010.010.010.010.00采用非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則時(shí)不同準(zhǔn)則條件下的安全系數(shù)兩組方向不同的結(jié)構(gòu)面，第一組傾角30度，平均間距10m，第二組傾角75度，平均間距10m.4.2在巖質(zhì)邊坡中的應(yīng)用

圖(a)首先貫通的滑動(dòng)面圖(b)滑動(dòng)面繼續(xù)發(fā)展表3.2.1計(jì)算結(jié)果計(jì)算方法安全系數(shù)有限元法（外接圓屈服準(zhǔn)則）1.69有限元法（等面積圓屈服準(zhǔn)則）1.39極限平衡方法(Spencer)1.365失在呈支擋雞結(jié)構(gòu)痰中的害應(yīng)用有限尖元強(qiáng)潑度折票減法舟已應(yīng)牛用于蕩元磨屢高速朗、渝哲黔高扶速、抹福寧穩(wěn)高速關(guān)局部野地段西合偏高速嗎：竹賀林關(guān)而——粒陜?cè)フf(shuō)界段辨巖質(zhì)不高邊尾坡5.木1恭考慮佛樁-弱土共識(shí)同作靜用的切支擋絡(luò)結(jié)構(gòu)瀉計(jì)算未新方潛法。崇-鮮遵高施速公湯路高才工天敵滑坡鉛基開(kāi)添挖下店切滑賀體才林5—紛6米競(jìng)，即芽引起耗滑坡趨復(fù)活爭(zhēng)，滑獻(xiàn)面發(fā)絲式育在低土層謠和強(qiáng)捧風(fēng)化部帶內(nèi)紹?；潞缢秸ネ屏^(qū)計(jì)算繪結(jié)果共(我kN考)接觸單元FEM連續(xù)介質(zhì)FEM極限平衡法樁土粗造接觸不平衡推力法Spencer法6770644069446400抗滑疲樁水駝平推悅力分純布(株有限擊元)常規(guī)哄假定孕:三衣角形特、矩粥形、闊梯形只設(shè)炸置抗沙滑樁夫時(shí)樁捷的彎爭(zhēng)矩、剪力咽分布抗滑體樁內(nèi)位力計(jì)廚算結(jié)譯果設(shè)置易預(yù)應(yīng)盞力錨秤索后便樁的抖彎矩銳、剪霜力分串布

傳統(tǒng)方法有限元強(qiáng)度折減法受荷段荷載分布類(lèi)型假定為三角形分布受荷段荷載分布類(lèi)型假定為矩形分布無(wú)預(yù)應(yīng)力錨索剪力(kN)627683236560彎矩(kN.m)420625808248100有預(yù)應(yīng)力錨索剪力(kN)87525732650彎矩(kN.m)53461132011900不同塊方法拜得到拘的樁揭內(nèi)力未計(jì)算疑結(jié)果智對(duì)比錨固多力優(yōu)最化分別致計(jì)算幟不同滴錨固霞力時(shí)糧樁的席內(nèi)力未，計(jì)放算結(jié)美果如鉛下：錨固力(kN)樁的彎矩(kN.m)有限元法傳統(tǒng)方法①②16001970078532268328001190053461131039004550145165583495026501724929675100034101998276061100730025447811071200117003091313575注：渠表中詢(xún)①為茄傳統(tǒng)興抗滑態(tài)樁計(jì)訪算的選地基這系數(shù)摟法中性假定局滑坡播推力濤分布萌為三拳角形奇，②楊為矩錄形不同基錨固馬力時(shí)隸樁的帥彎矩踢折線附分布（1歷）配開(kāi)庸挖前泰的安鉤全系犧數(shù)1虹.0須8，茄滑動(dòng)罩面如獵下.（2）取開(kāi)挖哀后不撕支擋況時(shí)的佳安全緒系數(shù)梁為0驕.6個(gè)3，追滑動(dòng)灶面如赤下圖掌.（3遮）支忍擋后果的滑土動(dòng)面檔及其勞安全句系數(shù)采用摟有限關(guān)元強(qiáng)掛度折彼減法磨得到雷采用慨預(yù)應(yīng)抬力錨御索加體固后景滑動(dòng)豬面出鳥(niǎo)現(xiàn)在脫樁頂魯，不嬌過(guò)此循時(shí)的滋強(qiáng)度杯折減禮系數(shù)產(chǎn)為1秤.3萌9。5.仿2香在項(xiàng)元磨純高速災(zāi)公路否高邊雖坡工記程中輪的應(yīng)江用計(jì)算僑采用掙的典掌型斷齊面試驗(yàn)吧段施貍工現(xiàn)覽場(chǎng)有限殊元網(wǎng)丙格劃餐分邊坡效的破坊壞模宜式有限擊元得須到的梁框架紡豎肋盯彎矩窮分布2#劉豎肋鑄理論彩彎矩歡和現(xiàn)泊場(chǎng)實(shí)芹測(cè)彎被矩分膏布

錨索錨固力（kN）豎肋最大彎矩（kN.m）豎肋最大軸力（kN）豎肋最大土抗力(kPa)有限元結(jié)果(設(shè)計(jì)工況)600140265424有限元結(jié)果(實(shí)際工況)480112216348現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)48064254351有限跌元計(jì)葛算結(jié)剪果與耀現(xiàn)場(chǎng)烘實(shí)測(cè)伯結(jié)果5.幸3遇在抗滑陡樁長(zhǎng)造度設(shè)莊計(jì)中陷的應(yīng)鈴用為什扁么要鞭作樁冒的長(zhǎng)糖度設(shè)霸計(jì)?1、澇保證沿樁不泄出現(xiàn)盤(pán)“越消頂”封破壞2、粉采用預(yù)合理間的樁踩長(zhǎng)樁長(zhǎng)炸設(shè)計(jì)媽的原態(tài)則保證圾在任替何樁娘長(zhǎng)情怪況下放都要界使地木層的席穩(wěn)定惑系數(shù)丸大于合或等粒于安隔全系種數(shù)，學(xué)如果環(huán)達(dá)不蠅到安醋全系只數(shù)，幼樁就貴可能熄出現(xiàn)膝“越援頂”川破壞巧。不同杏樁長(zhǎng)惱情況慣下坡攔體的買(mǎi)滑面合及其溪穩(wěn)定貴安全撇系數(shù)抗滑五樁的黑樁位潤(rùn)埋設(shè)渣方案禮為公稅路上圍方或姑公路鉛下方細(xì)，滑道動(dòng)面陸以下飲樁長(zhǎng)礦設(shè)為黑3米篩。圖1邊坡鎖示意蓬圖Fi枯g.杠1骨Mo徹de爪l拼of孫t懼he食s盞lo弄pe樁位鵝于公進(jìn)路下添方時(shí)局，抗啟滑樁晃的長(zhǎng)論度分姨別為剪7m燃、9慈m、游11或m、剩13大m、丘15佩m、哀17僵m、掉19化m、獄21揪m、賽21雖.2退2m秀（樁夢(mèng)頂延轎伸至膛坡頂艇，簡(jiǎn)榜稱(chēng)為內(nèi)全長(zhǎng)及樁）左。樁位福于公路熱下方表2濁樁歇長(zhǎng)、勞樁的村位置宿與邊若坡安借全系鬼數(shù)之韻間的弟關(guān)系樁位置樁位于公路下方樁長(zhǎng)(m)79111315全長(zhǎng)樁安全系數(shù)1.131.151.191.191.191.19表2節(jié)樁誰(shuí)長(zhǎng)、暫樁的奸位置潔與邊妹坡安遺全系輪數(shù)之容間的廊關(guān)系四(續(xù)袖)樁位置樁位于公路上方樁長(zhǎng)(m)791117192123全長(zhǎng)樁安全系數(shù)1.141.171.191.191.231.251.291.34樁身建內(nèi)力沉埋醫(yī)樁所較受的帆滑坡胳推力凈并非銀并非軌設(shè)樁墓位置掌的全拴部滑灣坡推炸力，植樁頂冷以上泊穩(wěn)定個(gè)性很袖高的帶巖土亂體可帶以自匪身承卡擔(dān)其當(dāng)中一筒部分常滑坡滔推力傭；沉掩埋樁霸的樁聲體內(nèi)塞力比芹全長(zhǎng)呀樁更雹為合起理。表4順安表全系銜數(shù)為唱1.述15響滑坡滾推力異與樁銷(xiāo)的內(nèi)易力比泳較單位（kN）全長(zhǎng)樁9米樁15米樁19米樁抗滑段滑坡推力16085114051523716167最大剪力76773212724903764095最大彎距18077046619112910149540滑坡推力比例10046.7％83.4％100.5％剪力比例10027.7％63.8％83.5％彎距比例１0025.7％62.5％82.7％1、侵全長(zhǎng)鈔樁不踐一定艱能保妄證安豬全2、等樁長(zhǎng)招的改禁變可都以有涼效的痰節(jié)省響材料憐，減撫少抗在滑樁暴的內(nèi)陣力，刑沉埋嫌樁比欲全長(zhǎng)邁樁合割理。6.基于鑄有限宵元強(qiáng)忠度折摩減法泉確定縣滑坡裹多滑引面方擁法研圓究確定劃可能腰存在砌多個(gè)甜潛在識(shí)剪出踩口和瞇滑動(dòng)面面的膠復(fù)雜慌滑坡蘋(píng)。當(dāng)只鎖有少稼量鉆窩孔發(fā)芹現(xiàn)滑醬帶特然征時(shí)屈，依捐據(jù)少惱量滑竊帶位體置來(lái)配判定領(lǐng)整個(gè)睛滑帶體有時(shí)鞠可能蹄出現(xiàn)絹差錯(cuò)澡；當(dāng)滑校坡體臺(tái)處于辨蠕變號(hào)階段注，滑回面尚分未形瞞成，劈燕更無(wú)就法通路過(guò)勘但查找呆出滑循面；即使奧查明壇了滑羊帶和炎剪出刊口，險(xiǎn)還可歉能存詞在次霜級(jí)滑刺面和肌潛在勵(lì)剪出傍口，棚有時(shí)泰還不洞止一拴個(gè)，賠容易辰造成徒遺漏眾滑面虜。傳統(tǒng)元滑坡旬滑動(dòng)截面確瓣定方宿法存鍛在的加問(wèn)題準(zhǔn)確向設(shè)置貌支擋漢結(jié)構(gòu)劑的基鮮本要擱求：(1多)必獸須找濁出安煉全系蒙數(shù)小直于設(shè)排定穩(wěn)瘋定安滲全系撲數(shù)的煙所有炮滑面妄。(2界)必斜須弄產(chǎn)清圖鐘中有鑰幾條毛次生介滑面戴，它廊們潛剛在剪隊(duì)出口繭的位引置究律竟在卡什么灣地方氣，各如條滑臺(tái)面發(fā)白生滑滲動(dòng)的頭次序伴。要求：對(duì)滑粒坡有膛詳細(xì)孫勘察駐資料通，即晴知道慎坡體潤(rùn)及其叼結(jié)構(gòu)鞭面（純含滑面）測(cè)的位奇置、脅形狀吉與強(qiáng)處度值僻。方法堅(jiān)：依次疤約束四已知州滑面痕剪出商口。確定美滑坡俯多滑予面的良有效掙方法——剪有限茄元強(qiáng)漆度折榨減法圖2沸滑且坡模礙型示事意圖算例表1酒材微料物油理力隔學(xué)參顧數(shù)計(jì)算艦?zāi)Ｐ蛯毤安南伊蠀K數(shù)材料名稱(chēng)重度彈性模量泊松比內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角kN/m3MPa

kPa°滑體20.5300.33024.0滑帶20.0300.326.519.9滑體下伏穩(wěn)定巖層23.71.6×1030.220032基本洗模型榜計(jì)算裝結(jié)果計(jì)算昆安全駁系數(shù)有限細(xì)元強(qiáng)哄度折滔減法F=1.駁00極限盾平衡虛法(Sp疫en稠ce傾r)F＝1繭.0朋02趁。圖3封滑嘆坡極魔限狀山態(tài)的天滑動(dòng)耗面滑動(dòng)堤面貫馬通情益況沿滑世帶與耀穩(wěn)定于層相巖接觸飼處滑鞏動(dòng)，求是最橫先的筑滑動(dòng)娘面表4拳約站束剪范出口茶示意否圖（約束科剪出秩口附土近A取BC游段水迷平位爹移）圖5李約壞束A王BC毛段滑譽(yù)坡極養(yǎng)限狀瘋態(tài)的蘆滑動(dòng)挺面(F=1歷.0遵32仆)Ⅰ踏約束徐AB仇C段亮水平紹位移滑動(dòng)承面與桿剪出桐口情絹況滑面靈上移C點(diǎn)以歐上剪倚出F=腎1.走03元2<抄1.善2圖6鞠增數(shù)加約妹束C稈DE向段滑彈坡極塘限狀庫(kù)態(tài)的熟滑動(dòng)捐面(F=1慢.1戀04聯(lián))Ⅱ增柔加約風(fēng)束C夸DE邊段水俗平位籠移滑面擔(dān)上移E點(diǎn)以蜻上剪做出F=網(wǎng)1.竊10市4<帆1.覆2滑動(dòng)鹿面與粒剪出煎口情碼況圖7汪增糾加約帳束E合FG嗎段滑位坡極止限狀慮態(tài)的明滑動(dòng)夜