边坡稳定性分析中的有限元强度折减法安全系数
有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数.
有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数摘要：有限元强度折减系数法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到人们的重视。
本文较为全面地分析了土体屈服准则的种类、有限元法自身计算精度以及H(坡高)、β(坡角)、C(粘聚力)、Φ(摩擦角)对折减系数法计算精度的影响，并给出了提高计算精度的具体措施。
通过对106个算例的比较分析，表明折减系数法所得稳定安全系数比简化Bishop法平均高出约5.7%，且离散度极小，这不仅验证了文中所提措施的有效性，也说明了将折减系数法用于分析土质边坡稳定问题是可行的。
关键词：强度折减系数边坡稳定屈服准则误差分析自弗伦纽期于1927年提出圆弧滑动法以来，至今已出现数十种土坡稳定分析方法，有极限平衡法、极限分析法、有限元法等。
不少研究表明，各种方法所得稳定安全系数都比较接近，可以说，这些方法已经达到了相当高的精度。
近年来，由于计算机技术的长足发展，基于有限元的折减系数法在边坡稳定分析中的应用备受重视。
与极限平衡法相比，它不需要任何假设，便能够自动地求得任意形状的临界滑移面以及对应的最小安全系数，同时它还可以真实的反映坡体失稳及塑性区的开展过程。
到目前为止，已有很多学者对折减系数法进行了较为深入的研究[1,2,3]，并在一些算例中得到了与极限平衡法十分接近的结果。
但总体说来，此法仍未在工程界得到确认和推广，究其原因在于影响该法计算精度的因素很多，除了有限元法引入的误差外，还依赖于所选用的屈服准则。
此论文的目的有两点：(1)力图全面分析屈服条件和有限元法本身对折减系数法计算精度的影响，并提出应选用何种屈服准则以及提高有限元法计算精度的具体措施；(2)结合工程实例，分析对边坡稳定安全系数影响最大的4个主要参数(H坡高、β坡角、C粘聚力、Φ摩擦角)对折减系数法计算精度的影响。
从以往的计算结果来看，严格法(Spencer)所得稳定安全系数比简化Bishop法平均高出约2%～3%，而通过106个算例的比较分析，表明：折减系数法所得稳定安全系数比简化Bishop法平均高出约5.7%，且误差离散度极小，可以认为是正确的解答[4]。
用有限元强度折减法计算边坡安全系数
一
致的 。基本公式为 ： 折减后 的抗剪强度指标分别为 ：
ｃ ＝
音ｔ ＝∞。 ，ｐ ａ ｍ
２ 路面翻浆治理 。路 面翻浆一 般发生在 春天融 消时期 ， ） 对大 水 ， 防止水分蒸 发 返盐 ， 行 土壤保 湿 ； 物成 活后 进 行抚 育 管 进 植 面积路面翻浆 ， 采用更换基层 、 垫层粘性 盐渍土 的办法 ， 因地 制宜 理 ； 利用植物每年 自然返青 的规律达到永久性边坡防护的 目的。 填筑明砂或砾石 材料 。小 面积 路面 翻浆 ， 未形 成翻 浆之 前 ， 在 采 参考文献 ： 用在路面打砂桩 的办 法 。这种 办法 简单 实用 ， 本低 ， 理 速度 ［ ］ 周 华 ， 成 治 １ 李全胜 ， 朱瑞 成． 疆库 尔勒地 区盐 溃土的 工程 地 新 快， 不影 响正常交通 ， 治理 效果 好。 刷沥青等防腐材 料。对产 生孔 隙 、 裂缝 、 落部 位及 时采 用树 脂 剥 质特征 ［］ 西部探矿 工程 ，ｏ ｏ ３ ：３ － ３ Ｊ． ２ ｏ （ ） １２１ ． ３ 探 讨［ ］ 公路 工程地 质 ，９０ ８ ４ ：０７ ． Ｊ． １９ ， （ ） ７ －２ ３ 桥涵防腐养护维修措施 。对 桥涵易腐 蚀部位清 除集盐 ， ） 涂 ［ ］ 黄立度 ， ２ 席元伟． 中盐分和积聚迁移规 律 以及 盐胀机 制的 土
第３ ８卷 第 ４期 ２０ １２年 ２月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎＥ ＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ４ １３ ．
Ｆ ｂ ２ １ ｅ ． ０２
・９ ・ ７
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２ ０ —０ ７０ １０ — ８ ５ ２ １ ）４ ０ ９ —２
强度折减法计算安全系数实例
强度折减法计算安全系数实例【原创版】目录一、引言二、强度折减法计算安全系数的原理三、实例分析四、结果对比与讨论五、结论正文一、引言在工程领域，边坡稳定性分析是一项重要的研究内容。
为了确保边坡的安全稳定，工程技术人员需要对其进行安全系数计算。
安全系数是指边坡在实际工况下的承载能力与实际荷载之间的比值，该值越大，边坡越稳定。
目前，常用的计算方法包括有限元强度折减法、极限平衡法等。
本文将以强度折减法为例，介绍计算安全系数的实例。
二、强度折减法计算安全系数的原理强度折减法是一种常用的边坡稳定性分析方法，其核心思想是按照一定的折减系数对边坡岩土体的强度进行折减，以考虑工程荷载作用下边坡稳定性的影响。
具体来说，首先需要建立边坡岩土体的有限元模型，然后对模型进行强度折减，最后计算出边坡的安全系数。
三、实例分析假设有一个边坡工程，边坡高度为 100 米，边坡底部宽度为 100 米，边坡顶部宽度为 50 米。
为了计算边坡的安全系数，首先需要建立有限元模型，包括以下几个部分：1.建立边坡岩土体的几何模型；2.划分有限元网格；3.设定材料参数，包括弹性模量、泊松比、密度等；4.应用强度折减法，对模型进行强度折减；5.计算边坡的安全系数。
在计算过程中，需要选用合适的材料模型和参数，以保证计算结果的准确性。
同时，需要注意考虑边坡的实际情况，如边坡的倾斜角度、边坡底部的支撑条件等。
四、结果对比与讨论通过上述实例计算，可以得到边坡的安全系数。
为了验证计算结果的准确性，可以将其与极限平衡法等其他方法进行对比。
在实际工程中，由于地质条件、工程荷载等因素的复杂性，不同方法计算出的安全系数可能存在一定的差异。
整体来说，有限元数值方法的计算结果会更加准确。
然而，在有限元方法中，由于模型的建立、材料参数的选择等因素的影响，计算结果可能存在一定程度的误差。
为了提高计算精度，可以采用多种方法，如选用合适的材料模型、合理设定材料参数、考虑边坡的实际情况等。
基于强度折减的有限元方法求边坡稳定安全系数
基于强度折减的有限元方法求边坡稳定安全系数
姜立新
【期刊名称】《建筑技术》
【年(卷),期】2009(040)006
【摘要】当折减系数达到某一数值时,边坡内的一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通,认为边坡破坏,定义此前的折减系数为安全系数,与极限平衡法相比有限元法具有很多优点.集中讨论屈服准则、内摩擦角和粘聚力、剪胀角、计算范围的选取、坡脚的形状和尺寸、网格疏密程度、不同的破坏标准对全系数的影响以及大变形和小变形有限元对比分析.
【总页数】4页(P535-538)
【作者】姜立新
【作者单位】湖南工业大学,412008,湖南株洲
【正文语种】中文
【中图分类】TU413.62
【相关文献】
1.强度折减法对边坡稳定安全系数的影响因素的分析 [J], 陈晨
2.基于ANSYS的有限元强度折减法求边坡安全系数 [J], 柳林超;梁波;刁吉
3.基于DDA的强度折减法求土坡安全系数 [J], 张润峰;张献民;陈国明
4.基于强度折减的边坡稳定安全系数有限元迭代解法 [J], 周桂云
5.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数 [J], 赵尚毅;郑颖人;时卫民;王敬林
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边坡稳定性分析中摩根斯坦-普莱斯法与有限元强度折减法的差异比较
边坡稳定性分析中摩根斯坦-普莱斯法与有限元强度折减法的差异比较摘要：通过建立非均质大坝坝坡模型，计算坝坡关键点的位移变化，用摩根斯坦方法计算边坡安全稳定系数。
计算结果表明：在非均质坝坡中强度折减法所计算的安全系数与摩根斯坦-普莱斯法计算的安全系数很接近，但滑裂面差异大。
关键词：边坡稳定；摩根斯坦-普莱斯法；有限元强度折减法；1、引言在边坡稳定性计算方法中，刚体极限平衡法中的摩根斯坦-普莱斯法（M-P）由于可用于任意滑动面，收敛性较好，在水利边坡工程中应用比较普遍；而强度折减法由于考虑了土体的变形影响，而且没有假设滑动面的形状和土条间的相互作用力，因而从理论上讲逻辑更严密，结果更可靠。
本文分别利用水利岩土行业常用软件GEO-SLOPE/W软件中的摩根斯坦-普莱斯法和Midas岩土软件里面的强度折减法对我区某心墙土石坝工程进行计算分析。
2、摩根斯坦法摩根斯坦法（M-P）由Morgenstern和Price创建于1965年的一种土坡稳定分析方法，该方法满足力矩平衡和力的平衡，可用于任意滑动面，条块间的法向力与剪切力的比值通常用半正弦函数、、削峰正弦、梯形等多种函数与一个待定比例系数的乘积表示［1］。
但由于此法在计算当中存在假设，首先此法假设土体条块是不变形刚体，其次是每块图条的安全系数相同，所以计算结果必然存在误差。
3、有限元强度折减法强度折减法就是把土体抗剪强度参数和用进行折减，然后用折减后的抗剪强度参数和取代原来的抗剪强度参数和，不断进行折减，直到程序不收敛为止。
对于摩尔-库伦材料模型其迭代表达式如下［2］。
而强度折减法由于考虑了土体的变形影响，而且不假设滑动面的形状和土条间的相互作用力，因而从理论上讲逻辑更严密，结果更可靠。
对于摩尔--库伦材料，强度折减安全系数可表示为：即公式 ( 1-1 )C为材料粘聚力，C’为折减后的粘聚力；为材料内摩擦角，’为材料折减后内摩擦角，折减系数为大于1的安全储备系数，然后不断调整的值，直到在某一个折减抗剪参数下土体达到临界破坏状态，则认为为稳定安全系数。
用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数_赵尚毅
用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数Analysis on safety factor of slope by strength reduction FEM赵尚毅,郑颖人,时卫民,王敬林(后勤工程学院军事土木工程系,重庆 400041)摘 要:利用有限单元法,通过强度折减来求边坡稳定安全系数。
通过强度折减,使系统达到不稳定状态时,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是安全系数。
安全系数的大小与所采用的屈服准则有关,本文对几种常用的屈服准则进行了比较,导出了各种准则互相代换的关系,并采用莫尔-库仑等面积圆屈服准则代替莫尔-库仑准则,算例表明由此求得的边坡稳定安全系数与传统方法的计算结果十分接近。
关键词:边坡安全系数;有限元;屈服准则中图分类号:TU432 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2002)03-0343-04作者简介:赵尚毅(1969-),男,四川洪雅人,后勤工程学院博士生,从事岩土边坡工程的研究。
ZHAO Shang-yi,ZHE NG Ying-ren,SHI Wei-min,W ANG Jing-lin(Logistical Engineering University,Chongqing400041,C hina)Abstract:An analysis o n safety factor of slope through c-φreduction algorithm by finite elements is presented.When the system reaches instabil-ity,the numerical no n-convergence occurs simultaneously.The safety factor is then obtained by c-φreduction algorithm.The factor is related to the yield criterion.T his paper presented a co mpari son of sev eral yield criterions in co mmon u se and deduced the substitutive relationship of them. For co nvenience the Mo hr-Coulomb criterion is replaced by Mohr-Coulomb equivalent area circle criterion,which was proposed by professor Xu Gancheng and Zheng Ying ren in1990.Through a series of case studies,the safety factor of FEM is fairly close to the result of traditional limit e-quilibrium method.The applicability of the proposed method was clearly exhibited.Key words:slope safety factor;finite elements;yield criterions1 引 言目前,研究边坡稳定性的传统方法主要有:极限平衡法,极限分析法,滑移线场法等。
有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用
５５ ６ ５０ ６ ５５ ５
５ｏ ５
５５ ４ ５０ ４ ５５ ３
５０ ３
５５ ２ ５０ ２
０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７】 ８ ９ １ ０ １ ２ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 【 ０ ０ ０ １ ０ １ ０
阕 １ 滑坡稳定性计算剖面
． 陶系 中 、 统 （２＋３ 龟 裂 纹 状 灰 岩 。 上 部 以 青 灰 色 厚 层 龟 裂 纹 ２ ３ 计 算参数 的选取 上 ０ ） 滑动面抗 剪强度参 数 的选取 关系 到滑坡稳 定性 预测 和滑坡 状灰岩为主 ， 该层 泥 质 含量 质 抗 岩
水， 大气降水经溶 沟 （ ）溶 蚀裂 隙下 渗 ， 洞 、 储存 于溶 沟 （ ） 溶蚀 参数包 括峰值 强 度 和残 余 强度 两 种 。其峰 值 强度 平 均值 ＝ 洞 、 １ ．。Ｃ ＝４ ． Ｐ ， ３ ９，。 ３ ２ｋ ａ残余强度平 均值 ＝１ ． 。Ｃ ＝３ ． Ｐ 。 ２ ３ ，， ９ ０ｋ ａ 裂隙中 ， 水量分 布受 岩溶 发育程 度及 气候 的影 响较 大 ， 由于该处 并 选 龟 裂纹 状 灰 岩 岩 溶 发 育 一 般 ， 多 以 浅 层 发 育 为 主 ， 下 水 位 较 结合滑动带残余剪 切试 验指 标 ， 结合 反算 的结果 ， 取滑 动带 大 地 计 算 参 数 为 ＝１。Ｃ ０ｋ ａ ６ ， ＝１ Ｐ 。 高 ， 调 查 ， 段 边 坡 上 下 水 位 离地 面 一 般 为 １ ． 据 该 ００ｍ～１ ． ５ ０ｍ。
有 限元 强度 折减 法 在 边 坡 稳 定 性 分 析 中 的应 用
周 攀峰
摘
韩 利 光
要： 应用弹塑性 强度折减 有限元计算边坡稳定安全 系数 ， 通过算例对极 限平衡法和 强度折减 法计算 的安全 系数进行
边坡稳定分析中有限元强度折减法的发展与应用
边坡稳定分析中有限元强度折减法的发展与应用摘要：抗剪强度折减有限元法是抗剪强度折减法和有限元法的结合，常用于边坡稳定性分析中。
通过对边坡非线性有限元模型进行强度折减，使边坡达到不稳定状态，此时的折减系数就是稳定安全系数，同时可得到边坡破坏时的滑动面。
传统条分法无法获得岩质边坡的滑动面与稳定安全系数。
该方法开创了求岩质边坡滑动面与稳定安全系数的先例。
文章对此法的发展、基本原理以及影响因素进行了阐述，证实了其用于工程的可行性并分析总结出各因素对安全系数的不同影响，并结合自己的理解，对目前存在的部分问题提出一些建议。
关键词：边坡稳定分析；有限元强度折减法；屈服准则；安全系数引言边坡稳定分析是经典土力学最早试图解决而至今仍未圆满解决的课题，在中国水电工程建设中，边坡问题尤为突出，可能成为工程建设的制约性因素。
各种稳定分析方法在国内外水平大致相当，对于均质土坡，传统方法主要有：极限平衡法、极限分析法和滑移线场法等。
就目前工程应用而言，主要还是极限平衡法，但需要事先知道滑动面位置和形状。
对于岩质边坡，由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性等不连续结构面(比如层面、节理、裂隙和软弱夹层等)，给岩质边坡的稳定分析带来了巨大的困难。
目前的各种数值分析方法，一般只是得出边坡应力、位移、塑性区，也无法得到边坡危险滑动面以及相应的安全系数[1]。
随着计算机技术的发展，尤其是岩土材料的非线性弹塑性有限元计算技术的发展，有限元强度折减法受到越来越多的关注。
1 发展背景自20世纪20年代以来，岩土工程的极限分析方法蓬勃发展，并广泛应用于工程实际。
有限元法数值方法适应性强，应用范围宽，但无法求出工程设计中十分有用的稳定安全系数F与极限承载力，从而制约了其在岩土工程中的应用。
1975年，英国科学家Zienkiewicz提出在有限元中采用增加荷载或降低岩土强度的方法来计算岩土工程的极限荷载和安全系数F[2]。
20世纪80年代、90年代曾用于边坡和地基的稳定分析[3]，但是由于当时缺少严格可靠、功能强大的大型有限元程序以及强度准则的选用和具体操作技术掌握不够等原因，导致计算精度不足，而没有得到岩土工程界的广泛采纳。
基于ANSYS的有限元强度折减法确定边坡安全系数
基于 ANSYS的有限元强度折减法确定边坡安全系数摘要：本文基于ANSYS，采用D-P外角点外接圆屈服准则对国内某矿区边坡进行稳定性计算分析，通过不断对边坡强度参数黏聚力和内摩擦角进行折减，直到软件计算不收敛为止，其折减的倍数即为边坡稳定安全系数。
计算结果显示，利用ANSYS自带D-P本构模型计算得到的边坡安全系数远大于极限平衡法计算得到的边坡安全系数。
最后应用不同屈服准则安全系数的转换关系得到该边坡平面应变下与M-C匹配的D-P准则的安全系数，并与极限平衡法结果对比，吻合较好。
据此得出结论：在估算边坡安全系数方面，采用有限元强度折减法是一种值得信赖的方法，但计算中采用理想弹塑性材料模型时，屈服准则的选择会对边坡安全系数的计算产生较大影响。
关键词：有限元；强度折减；屈服准则；边坡稳定；安全系数1 引言目前，边坡稳定性分析发方法较多，主要有定性分析法（图解法、类比法）、定量分析法（极限平衡法、数值分析法）、非确定分析法（模糊分析评判法、可靠性分析法）。
而对于边坡安全系数，许多学者大多用定量分析法[1-2]。
传统的极限平衡法首先要确定一个潜在的滑动面，基于一系列简化假定后，由力系平衡或能量守恒求得滑动面的安全系数，用它作为评价边坡安全性的指标。
这些方法有瑞典条分法、简化毕肖普法、简布法、不平衡系数传递法等。
这些方法的基本出发点是一样的，即刚塑性假定，不同之处在于对条间力所作的假定不同。
由于这些假定的物理意义不一样，因此它们所能满足的平衡条件也不相同，计算步骤有繁有简，为了检验所列的各方法和其他边坡稳定性分析方法的精确性，许多学者在过去几十年里从不同角度做了大量研究并进行了系统总结[3-7]。
传统的极限平衡法由于没有考虑土体内部应力与应变的关系，故无法模拟分析土体发生变形甚至破坏的过程。
随着计算机技术的发展，数值计算方法在边坡稳定分析中得到了广泛的应用。
其最大的优点是求解安全系数时，不需要假定滑移面的形状和位置，也无需进行条分，可以分析任何形状的几何体，不但能进行线性分析还可进行非线性分析。
边坡稳定分析中的有限元强度折减法研究
边坡稳定分析中的有限元强度折减法研究【摘要】在边坡稳定性分析中采用有限元强度折减法，主要包括破坏判据的确定，屈服准则的影响和选用。
本文详细介绍有关有限元强度折减法的内容。
【关键词】有限元强度折减法；边坡稳定分析一、有限元强度折减安全系数对于摩尔一库仑材料，强度折减安全系数定义与边坡稳定分利用有限单元法，通过强度折减来求边坡稳定安全系数。
通过强度折减，使系统达到不稳定状态时，有限元计算将不收敛，此时的折减系数就是安全系数。
计算时，首先选取初始折减系数，折减土体强度参，将折减后的参数作为输入，进行有限元计算，若程序收敛，则土体仍处于稳定状态，然后再增加折减系数，直到不收敛为止，此时的折减系数即为边坡的稳定安全系数，此时的滑移面即为实际滑移面，这种方法称为土体强度折减系数法。
对于摩尔一库仑材料，强度折减安全系数定义与边坡稳定分析的极限平衡条分法安全系数定义形式是一致的。
有限元强度折减系数法的基本原理是将坡体强度参数：粘聚力c和内摩擦角值同时除以一个折减系数fs，得到一组新的c′、′值，然后作为新的资料参数输入，再进行试算，当计算不收敛时，对应的fs被称为坡体的最小稳定安全系数，此时坡体达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到坡体的破坏滑动面。
二、有限元中边坡破坏的判据有限元强度折减法分析边坡稳定性的一个关键问题是如何根据有限元计算结果来判别边坡是否达到极限破坏状态。
土体破坏的标准有如下几种：1.以有限元静力平衡计算不收敛作为边坡整体失稳的标志。
2.以塑性区（或者等效塑性应变）从坡脚到坡顶贯通作为边坡整体失稳的标志。
3.土体破坏标志应当是滑动土体无限移动，此时土体滑移面上应变和位移发生突变且无限发展。
三、屈服准则的影响和选用研究表明，采用该准则与传统摩尔一库仑屈服准则的计算结果有较大误差，不管是评价边坡稳定性，还是地基极限承载力等等，在实际工程中如果采用该准则是偏于不安全的。
四、有限元法进行边坡稳定分析的优点如果使有限元法保持足够的计算精度，那么有限元法较传统的方法具有如下优点：1.能够对具有复杂地貌、地质的边坡进行计算。
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边坡稳定性分析中的有限元强度折减法安全系数
边坡稳定性分析中的有限元强度折减法安全系数
算方法、与传统极限平衡法相比所具有的优势、边坡失稳判据以及计算结果的影响因素。
采用有限元分析软件Plaxis进行强度折减计算，直至满足位移不收敛，从而得到边坡稳定安全系数。
论文关键词：边坡稳定,有限元强度折减法,失稳判据,安全系数
0.引言
边坡稳定性分析是岩土工程中一个十分重要的问题。
常用的边坡稳定性分析方法很多，如传统边坡稳定分析方法有:极限平衡法,极限分析法,滑移线场法等。
到目前极限平衡法已经日趋完善,基于该原理的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,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。
有限元法由于能反映边坡岩土体的应力-应变关系，考虑实际边坡体的复杂边界条件和采用一般土的材料模型，因而是一种较好的研究边坡稳定性的方法。
1.强度折减原理
在有限元静力稳态计算中,如果模型为不稳定状态,有限元计算将不收敛。
那么反过来,通过调整参数,使有限元计算从收敛变得不收敛,就表征边坡模型从稳
定状态向不稳定状态发生了转变。