基于强度折减的土坡稳定分析方法研究

本文通过不断折减土体的抗剪强度，在有限元法及有限差分法分析土坡应力应变的过程中实现边坡稳定性评价，抗剪强度的折减系数具有强度储备的物理意义。有限单元法分别采用邓肯E-B模型和理想弹塑性广义米赛斯模型模拟边坡土体本构关系；有限差分法采用理想弹塑性莫尔-库仑模型模拟土体单元的应力应变关系。探讨了抗剪强度折减土坡的应力与位移，以及确定边坡的安全系数和最危险滑移面的方法。 文中对边坡破坏标准的定义进行了研究。对比了以数值计算收敛为破坏标准的计算结果同以坡体位移为破坏标准的计算结果，发现以坡体位移“破坏”标准更适合于分析边坡稳定，且具有物理意义明确、便于数值计算等优点。 在理想弹塑性有限元分析中探讨了强度折减法的安全系数同所采用的屈服准则关系，对几种常用的广义米赛斯屈服准则进行了比较，导出了各种准则的相互关系和在平面应变条件下同莫尔-库仑屈服准则可以相互转化的广义米赛斯准则，建立同莫尔-库仑准则精确匹配的广义米赛斯准则，发现采用莫尔-库仑匹配屈服准则同其它广义米赛斯准则相比能更好地反映莫尔-库仑准则的实际特性，且便于计算，具有较好的精度。 采用正交试验方法，研究了土体参数对评价边坡稳定性的影响。发现除粘聚力和内摩擦角外，土体的弹性模量、泊松比以及剪胀角对边坡稳定的影响明显。三个因素中，剪账角的影响最大，弹模及泊松比次之。 文中以一均质边坡为例，采用不同的数值计算方法分别进行强度折减稳定性分析，并将计算结果同传统极限平衡法的计算结果进行对比，发现如果采用合适的土体本构模型，强度折减法的计算结果同极限平衡法的计算结果接近，但比极限平衡法的计算结果平均高出约2％～4％，而且两种计算方法得到的潜在滑动面位置接近。因此，强度折减法可以应用于土坡的稳定分析。