基于强度折减法的路堤边坡稳定性分析

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基于强度折减法的边坡稳定性分析

李朝晖陈建平马艳玲，，
（．西铜业集团公司武山铜矿，江西九江市１江３２０２江西理工大学３２４；．３１０）４００资源与环境工程学院，江西赣州市摘
要：了评价某山坡露天矿边坡的稳定性，用有限差分强度折减法，该矿山人工为应对
李朝晖，：基于强度折减法的边坡稳定性分析等
６５
２计算条件
：
计算模型除顶部表面自由边界外，型底部（模ｚ
０设为固定约束边界，）模型左侧施加水平方向位
２１计算模型．
移约束，通过强度折减法寻找开挖后边坡的滑动面。在初始条件中，不考虑构造应力，仅考虑自重应力产生的初始应力场。
２３岩体力学参数．
由于矿山为山坡露天开采，采场走向上各岩在层具有较好的一致性，文以垂直采场走向的Ａ本 — Ａ剖面为例进行讨论分析。露天边坡Ａ —Ａ剖面的模型网格见图１边坡高，度从３０ｍ到１３ｍ，终边坡坡面角５。一共划００最４，分１１６个节点，３３个单元。４８１８１
树．次分析法引论［．层Ｍ］北京：中国人民大学出
（）综合评判。通过ＡＰ可计算出各指标权４Ｈ重ｗ；结合ｆｚｙ论构造出最终隶属矩阵，并ｕｚ理由式（）２可得采场突水的风险评估为：
［］杨４
度指标ｃ值同时除以一个折减系数Ｆ：、

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析报告

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析报告学院：土木工程与力学学院专业：结构工程姓名：学号：2016年7月有限元强度折减法研究进展摘要：在边坡稳定性分析中，相比于传统的极限平衡法、极限分析法等，有限元强度折减法具有明显的优势。

这主要体现在其无须事先假定滑动面的形状和位置，只需通过不断降低边坡岩土体的强度参数，进而使边坡岩土体因抗剪强度不能抵抗剪切应力而发生破坏，并最终得到边坡的最危险滑动面及相应的安全系数。

有限元强度折减法兼有数值计算方法和传统极限平衡方法的优点。

本文介绍了有限元强度折减法的原理与主要研究现状，并对其中的一些重点问题进行了研究与总结。

关键词：强度折减法;有限元;边坡稳定1 有限元强度折减法基本原理所谓强度折减，就是在理想弹塑性有限元计算中将边坡岩土体抗剪切强度参数逐渐降低直到其达到破坏状态为止，程序可以自动根据弹塑性计算结果得到破坏滑动面(塑性应变和位移突变的地带)，同时得到边坡的强度储备安全系数ω, 于是有:==。

'/,tan'tan/c cωϕϕω一般地，强度折减弹塑性有限元数值分析方法考察边坡稳定性的步骤是：首先对于某一给定的强度折减系数，通过逐级加载的弹塑性有限元数值计算确定边坡内的应力场、应变场或位移场，并且对应力、应变或位移的某些分布特征以及有限元计算过程中的某些数学特征进行分析，不断增大折减系数，直至根据对这些特征的分析结果表明边坡己经发生失稳破坏，将此时的折减系数定义为边坡的稳定安全系数。

尽管强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到重视与发展，但其计算中需要采用一定的边坡失稳评判标准来确定边坡失稳的临界状态，但是，各种判据的选用至今并没有取得统一。

2 主要研究现状强度折减概念由Zienkiewicz最早提出并用于边坡的稳定性分析，受限于当时数值计算和计算机水平而未能得到大的发展，直到近十几年来，随着数值计算和计算机技术的迅猛发展，强度折减法也得到了极大的发展，国内外许多学者在这方面做了大量的工作。

强度折减法的边坡稳定性

条分法(广泛) 特征线法
目前主要采用极限平衡法和岩土数值极限分析方法进
行边坡稳定性评价。对于复杂的非均质边坡稳定性分析，极限平衡法计算颇为复杂，虽然有学者提出采用混沌优化、分叉理论、随机法等优化算法确定滑动面，但计算较为繁琐，不便推广。极限平衡法通过几何假定并基于已知或假定的规则滑面求解安全系数，无法考虑边坡失稳过程中坡体的应力、应变等演化特点，多用于设计人员的定性分析。
边坡稳定性的影响因素
地貌条件
岩石性质内在因素岩体结构地质构造外在因素水中的作用地质条件风化作用
地震及人为因素
极限平衡方法
只考虑静力平衡条件和土的摩尔-库仑破坏准则 ,也就
是说 ,通过分析土体在破坏那一刻的力的平衡来求得问题的解。过分析土体在破坏那一刻的力的平衡来求得问题的解
强度折减法
为了能定量评价边坡的稳定性，以强度折减法为代表的岩
土数值极限分析应运而生。强度折减法自提出以来在地质工程和岩土工程领域得到广泛应用。以郑颖人院士领衔的团队在强度折减法研究领域取得丰硕成果。另外，年廷凯等对强度折减法进行了大量应用研究。唐春安等在RFPA软件中开发了强度折减计算模块，从细观手段分析边坡的失稳模式。陈力华等对强度折减法进行了探讨，提出了更合理的折减计算方法，推动了强度折减法的应用。大量研究表明，强度折减法比传统的极限平衡法更具有优势，能考虑边坡体的应力、本构关系、变形及开挖和支护结构的作用效应等。
基于动态强度折减的滑动面搜索
基于强度折减法思想和滑带的软化特征，提出模拟边
坡渐进破坏的动态强度折减法，该方法假定滑带岩土材料的变形强度特征符合理想弹塑性软化模型。动态强度折减法计算过程见下图 1。通过不断地折减破坏单元的强度参数，使边坡滑动面渐进扩展，直到边坡达到极限平衡状态。

边坡稳定性分析中的强度折减法

析法, 滑移线场法等。到目前极限平衡法已经相当完善 , 基于该原理的所有新方法的不同仅是在条间力的假设上不同。该法简单易用为实际工程中广泛采用。但是它没有考虑土体的应力应变特性, 同时还要假设潜在滑面( 如面、折线形、圆弧滑动面、对数螺线柱面等) , 对同一工程问题算不出一致的解。极限分析法中的上限法虽然对真实解提供了一个严格的上限, 但上限法中采用相关联流动法则, 过大地考虑了土的剪胀性。有限单元法自 Cloug h & Woo d w ard( 1967) 引入边坡和填方土体稳定分析, 得到了广泛应用和发展。Z ienkiew icz( 1975) 提出强度折减技巧 ( T he shear str engt h reduct ion t echnique) , 随后在该方面做出贡献的有: Naylor ( 1982) , Donald & Giam ( 1988 ) , M at sui & San ( 1992) , Ug ai ( 1989) , Ug ai & L eshchinshy ( 1995) , Griff iths & Lane ( 1999, 2000) , Daw son & Drescher ( 1999) ; 国内有: 连镇营 ( 2001) , 赵尚毅、郑颖人等( 2002) , 张鲁渝、郑颖人等 ( 2002) , 栾茂田等( 2003) 。郑颖人等的工作从本构关系出发, 比较了几种屈服准则的计算精度, 并把摩尔~ 库仑等面积圆准则应用于边坡分析, 使数值求解简单化。同时考虑了非关联流动法则的计算问题和网格划分粗细程度对计算精度的影响。连镇营, 栾茂田等人根据前人模型试验对于边坡失稳破坏的判据提出了比较有意义的新见解。

基于强度折减法的土质边坡稳定性影响因素分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｏｉｌｓｌＯｐｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ
ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｙｐｉｃａ］ｓｔｒａｔａｉｎＢｅｉｊｉｎｇ．Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｉｎｌｆｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｓｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙ
李志佳。，张顶立，房倩，李淑
（１．北京市市政工程设计研究总院，北京１０００８２；
２。北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京１０００４４）
摘要：为探讨不同因素对土质边坡稳定性的影响，根据北京地区典型地层的物理、力学参数，使用强度折减法对其进行研究，并采用灰色关联度理论对各个影响因素的敏感性进行分析，研究的影响因素包括边坡角度、边坡高度、土体黏聚力、内摩擦角、容再、弹性模量、泊松比和坡后荷载等。主要研究结论如下：在各种影响素中，土体的强度参数黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性影响显

基于有限元强度折减法在边坡稳定性中的应用

— —
／
本文即采用有限元强度折减法，主要折减边坡的粘聚力和内摩擦角，借助有限元软件ＡＮＳＹＳ进行分析，以某高速上一处高边坡为研究对象，对边坡稳定性进行模拟分析，通过分析不同的安全系数边坡所产生的变形、应力以及塑性区的情况，得出该边坡的安全系数。采用该方法能更加真实的反应出岩土的实际工作状态。当岩体所承受的荷载超过材料的强度时，就会出现明显的滑移破坏面，因此，在计算分析是不用假定破坏面的形状和位
２７００
．２模型计算围，因此本文计算区域为边坡体横向延伸２倍坡高，纵向延伸３３本次计算是从折减系数为Ｆ＝１．０开始计算，依次对强度折减倍坡高，如图１。
＝１．２、１．４、１．６、１．８、２．０、２．２、２．４、２．６、２．８、３．０进行求解，直本次模拟假设边界条件为：两侧边界水平位移为零，下侧边系数为Ｆ界竖向位移为零。计算模型见图２。主要受力为围岩自重，未考虑到求解不收敛为止。边坡失稳破坏的定义有很多，对于采用弹塑性计算模型的边动水压力及其它的环境因素。需要考虑以下因素：双层模型考虑土体的弹塑性变形，其塑性区的发展，应力的分坡，（１）把有限元计算的收敛与否作为一个重要的指标，边坡处布更加符合实际情况。考虑双层模型，塑性区下部的单元可以产生

基于强度折减有限元法的边坡稳定性计算

肌
ＣＨＥＮＧ－ｎＰＡＮｉｌｎＫｅｗｅ，Ｈａ－ｉ
（．ａｅｏｓｒａｃｎｄｏｏｒＭａａｅｎｔｔｎｏｉｍａｏ，ｉｕ５６０，ａｇｏｇＣｈｎ；２Ｂｉｎｕｉｎｎｎｉ１ＷｔｒｎｅｖｎｙａｄＨｙｒｐｗｅｎｇｍｅｔＳａｉｆａｏＴｗｎＳｈｉ２２０Ｇｕｎｄｎ，ｉａ．ｅｉｇＭｌｎｅｇＥｇ— ＣｏＸｊａ
报
ｔｅａｅｉｃｓｉｎｏｏｔｅｅｍｉｅｔｅｓｉｉｇｓｒａｅａｄｔｅｃａａｔｒｓｉｆｕｓａｌａｌｒ．ｈｎｍｋｓａｄｓｕｓｏｆｈｗｏｄｔｒｎｈｌｎｕｆｃｎｈｈｒｃｅｉｔｃｏｎｔｂｅｆｉｅｄｕＦｙ，ｔｅｅｉｎｅｇｎｅｉｇｅａｐｅｏｈｌｐｔｂｌｙｃｍｐｔｔｎｗｈｃｈｗｈｔｔｅｅａｔ－ｈｒｓａｎｉｅｒｘｍｌｆｔｅｓｏｅｓａｉｔｏｕａｉｉｈｓｏｔａｈｌｓｉｎｉｏｃ盯ｉａｌｎｌｐａｔｃｓｒｎｔｅｕｔｏＭｓｖｒｉｐｅａｄｅｆｃｉｅｎａｕｄｎｉｎｆａｃｏｒｃｉａｎｉｌｓｉｔｅｇｈｒｄｃｉｎＦＥｉｅｙｓｍｌｎｆｅｔ，ａｄｈｓｇｉｉｇｓｇｉｉｎｅｆｒｐａｔｃｌｇ — ｖｃｅ
０引言

基于ABAQUS强度折减法的边坡稳定性分析

Ｋｅｒｓｔｂｌｙｏｌｐ；ｔｂｌｙｃｅｆｃｅｔＡＢＡＱＵＳ；ｔｅｇｈｒｄｃｉｎＦｙｗｏｄ：ｓａｉｔｆｓｏｅｓａｉｔｏｆｉｉｎ；ｉｉｓｒｎｔｅｕｔｏＥＭ
我国是滑坡等地质灾害多发的国家，每年都带来巨大的经济损失。因此对边坡的稳定性分析具有非常
Ａｎｌｓｓｏｌｐｔｂｌｔｙｓｒｎｔｅｕｔｏａｙｉｆｓｏｅｓａｉｉｙｂｔｅｇｈｒｄｃｉｎ
ＦＥＭａｅｎＡＢｂｓｄｏＡＱＵＳ
ＤＵｉｇｑｎ，ＡＮＧ — ｈｎ ’ ，ＡＮＧｎＭｎ —ｉｇＷＸｕｃｕ一Ｗ。Ｎｉｇ
重要的意义．目前边坡稳定性分析的方法主要有极限平衡法和数值分析法．然而极限平衡法并没有考虑岩土体边坡的变形和应力应变关系．值分析法中以有限元法的应用最为成熟，数它不但可以求出各单元
收稿日期：０１１一３２１—Ｏ１
第３第４期３卷
Ｖｏ．３Ｎｏ４２１１３．０２
青岛理工大学学报
ＪｕｎｌｏｎｄｏＴｅｈｏｏｉａｉｅｓｔｏｒａｆＱｉｇａｃｎｌｇｃｌＵｎｖｒｉｙ
基于ＡＡＱＵＢＳ强度折减法的边坡稳定性分析
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收稿日期：０２Ｏ．０修回１：０２０ —０２１－１２；３期２１－３２
摘要：对雨后土体强度不断降低的情况，用有限差分强度折减法，边坡的稳定性进行了数值分析，针利对将计算结果与监测数据进行了比较。分析表明：数值模拟路堤中潜在滑动面很好地吻合了由监测结果
分析得出的滑动面，堤的滑动从坡体后缘软弱面开始，渐展开贯通至整个滑动面。通过数值模拟结路逐
法。主要思想是将待解决的基本方程组和边界条件近
对Ｋ７＋３１６０下坡二级平台测斜孔（位置填土此高度１．于２０４２ｍ）０４年１１月２进行了第一次观２１３
测（离路基面标高约１）该测孔在孔深１ｎ附近０Ｉ，ｎ６ｉ
２２深部位移监测资料分析．
坡的稳定性进行了研究，王家鼎等着重分析了黄土滑
坡的蠕滑液化机制，赵杰等对土钉支护的基坑运用有
限元进行了稳定性分析；文献对有限元强度折减有法计算土坡稳定安全系数的精度进行了研究。有限差分法是求解给定初值或边值问题的数值方
存在较大变形，变形量达５ｍ，面位置在填土下方０ｍ滑
１８ｍ左右。．
似地改用差分方程来表示，把求解微分方程的问题转
化成求解代数方程收敛进行稳定性判定。本文以某公
图１反映了施工期孔口与孔深１．ｌ水平位６０ｒ处ｆ移随时间的变化关系，图中可以看到，从在路堤填筑期间，口和孔深１．孔６０Ｉ均有水平位移发生，ｎ处总体上随填筑厚度的增大侧移量增大，２０至０４年１２月１４１３
上而下的裂缝，后于８月１日在Ｋ１７０右幅路随１７＋０
面发现不同程度的沉降及裂缝，并有持续发展扩大的趋势；８月中下旬路面缺陷已发展为断板、台、至错圆弧裂缝、沿石及中分带开裂等缺陷病害。路
真的目的。
填筑完成时侧移量分别达到２．ｍ和８７ｍ在路００ｍ．ｍ；
面施工初期２００５年１月底、施工后期２００５年６月～７月变形比较明显；路面施工完成后，口和孔深在孔
２边坡监测分析
果和实际工程结果的对比，明有限差分强度折减法在边坡稳定性分析中进行工程应用是可行的。证
关键词：强度折减法
边坡稳定
有限差分法
中图分类号：２３１１文献标识码：Ｕ１．Ａ
边坡。工程于２００４年６月１开始填筑，２月１８１３ｌ４日
铁
９２
道
建
筑
ＲａｌｙＥｎｎｅｉｉｗａｇｉｅｒｎｇ
文章编号：０３１９（０２０－０２０１０ —９５２１）６０９ —３
基于强度折减法的路堤边坡稳定性分析
李晓华
（明铁路局曲靖工务段，南曲靖昆云６５０）５０１
２１工程概况．
１．６０ｉｎ处位移均有增长趋势，２０至０５年１０月竣工通
车时，累积位移量分别达到７．５ｍｍ和５．５ｍｍ，２１３５变
形仍在继续发展。
通过对测孔的深孔位移监测资料的分析可以看
路路堤为例，采用有限差分强度折减法，对雨后土体强
度下降情况下的路堤稳定性问题进行了模拟，与实并测结果进行了对比分析，证了有限差分强度折减法验
在坡工程应用的可行性，到了对工程进行实时仿达
梅河高速公路程江至华城段Ｋ１７＋５０Ｋ７＋０一１
８０右幅高路堤边坡高度较大，土质边坡～类土质０为
出，填筑期间，着填土厚度增加，孔的侧向水平位随测
移也在逐渐增加；２０在０５年旱季（～２月）雨季（１、７～
ｒ
填筑完毕，０５年１月开始路面施工，０５年６月完２０２０成路面摊铺，０５年１２００月通车运营。工程监测从２００４年１１月开始。在２００６年８月３１利比安 ” ３“ 台风引起的强降水后，现第三级下边坡出现了一条自发
１有限差分法应用
影响边坡稳定性的因素很多，如外部载荷的大小、
作用时间、边界条件的改变、天气因素等。不同影响因素下边坡破坏的机理也有所不同，工程中因边坡失稳造成的灾害也屡见不鲜 ¨ 。许多学者对边坡问题做了较深入的研究，刘忠玉等对地震荷载作用下黄土边