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《基于能量原理的有限元強(qiáng)度折減法分析邊坡穩(wěn)定》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、第1章緒論極限平衡法的基本思想是：假定邊坡處在極限平衡狀態(tài)時(shí)巖土體內(nèi)存在一滑動(dòng)面，在該滑動(dòng)面上任一點(diǎn)都滿足Mohr-Coulomb抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則，且處于極限狀態(tài)。通過(guò)考慮滑動(dòng)面形成的隔離體的靜力平衡，確定沿滑動(dòng)面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載，或者說(shuō)判斷滑動(dòng)面上的滑體的穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定程度?；瑒?dòng)面的形狀可以是直線(Coulomb，1776)或、數(shù)螺旋線(Terzaghi，1944)、圓弧(Fellenius，1927)[171或任意形狀，為了確定滑動(dòng)面上的應(yīng)力分部，需要將土體分成若干土條，通過(guò)分析作用于土條上的力來(lái)建立滑體
2、的平衡方程，從而解得邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)。由于滑動(dòng)面是人為假定的，所以只有通過(guò)系統(tǒng)地求出一系列滑動(dòng)面發(fā)生時(shí)的安全系數(shù)，取其中最小者為邊坡的整體安全系數(shù)，所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。由于對(duì)邊坡進(jìn)行條分后形成的平衡方程組是超靜定的，所以需要作出各種簡(jiǎn)化假定以減少未知量或增加方程數(shù)量。不少學(xué)者提出了各種不同的假定條件，出現(xiàn)過(guò)一系列的簡(jiǎn)化計(jì)算方法【171。Fellenius(1927)提出了邊坡穩(wěn)定分析的圓弧滑動(dòng)分析方法，即瑞典圓弧法。該法假定土條底部法向應(yīng)力可以簡(jiǎn)單地看作是土條重量在法線方向的投影，不考慮土條問(wèn)的作
3、用力，從而使計(jì)算工作大大簡(jiǎn)化。Bishop法(1950)通過(guò)假定土條間的作用力為水平方向，求出土條底的法向力。瑞典圓弧法和Bishop法均是根據(jù)力矩平衡來(lái)確定安全系數(shù)的。Janbu(1954)假定土體條間力為水平，I_owe和Karafiath(1959)建議條間力傾角為土條頂部?jī)A角和底部?jī)A角的平均值，美國(guó)陸軍工程師團(tuán)假定條間力傾角等于平均壩坡，此三方法計(jì)算得到的安全系數(shù)只滿足了力的平衡條件，也屬于簡(jiǎn)化方法。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和普及，計(jì)算手段和計(jì)算方法都得到了快速的發(fā)展。一些研究者致力于建立在同時(shí)滿足力和力矩平
4、衡的要求、對(duì)滑動(dòng)面不作假定的嚴(yán)格分析方法。Morgenstern和Price(1965)提出了適用于任意形狀滑動(dòng)面的嚴(yán)格方法。Spencer提出了條間力傾角為常數(shù)的方法。Janbu(1973)在其簡(jiǎn)化方法的基礎(chǔ)上提出了同時(shí)滿足力和力矩平衡的“通用條分法”，通過(guò)假定土條側(cè)向力的作用點(diǎn)而不是作用方向來(lái)確定安全系數(shù)。由于極限平衡法是通過(guò)一定的假定將本質(zhì)上靜不定的問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜定問(wèn)題來(lái)求解的，這一作法的合理性問(wèn)題一直是人們普遍關(guān)注的。Morgenstern和Price最早提出過(guò)極限平衡法解的合理性限制問(wèn)題，即所獲得的解
5、必須滿足以下兩個(gè)假定：①條塊之間不允許出現(xiàn)拉力；②條分面上的剪應(yīng)力不超過(guò)按摩爾一庫(kù)侖準(zhǔn)則提供的抗剪強(qiáng)度。不同的關(guān)于土條作用力的假定，如果滿足上述兩個(gè)合理性條件限制，相應(yīng)的安全系數(shù)彼此相差不大。這樣使極限平衡3第1章緒論法包含的不嚴(yán)密的處理方式在理論上得到了較好的解釋。在國(guó)內(nèi)中也有不少學(xué)者對(duì)極限平衡法進(jìn)行深入的研究，陳祖煜和Morgenstem對(duì)Morgenstem．Price法作了改進(jìn)，其主要內(nèi)容有：完整地推導(dǎo)出了靜力平衡微分方程的閉合解，提出了求解安全系數(shù)的解析方法，從根本上解決了數(shù)值分析的收斂問(wèn)題；給出了
6、為保證剪應(yīng)力成對(duì)原理不被破壞，土條側(cè)向力在邊界上需遵守的限制條件，因而減少了對(duì)土條側(cè)向力所作的假定的隨意性；提出了求解安全系數(shù)合理解的最大、最小值的方法M。鄭穎人等(2001)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的發(fā)展做了較全面系統(tǒng)的概括和總結(jié)，分別給出了單階斜坡和多階斜坡安全系數(shù)定義，并對(duì)瑞典條分法、Bishop法和Spencer法三種方法的精度進(jìn)行了比較，認(rèn)為瑞典條分法計(jì)算出的安全系數(shù)最低，Bishop法、Spencer法分別比其高6％．7％和8％．10％。朱祿娟等(2002)探討了二維邊坡穩(wěn)定性分析方法的各種統(tǒng)一計(jì)算公式研究，
7、豐富了邊坡穩(wěn)定分析方法。2．極限分析法一般地，結(jié)構(gòu)極限承載能力或穩(wěn)定分析的方法通常有兩種：一類是彈塑性分析法，即根據(jù)應(yīng)力．應(yīng)變關(guān)系、具體問(wèn)題的初始條件與邊界條件、荷載歷史逐步求解承載力問(wèn)題；另一種塑性極限分析方法，即忽略中間的彈塑性過(guò)程，直接研究極限狀態(tài)。該法應(yīng)用塑性力學(xué)上、下限定理求解地基承載力、土壓力和邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。在塑性極限分析中，上限定理，即能量法是一個(gè)比較活躍的研究領(lǐng)域。使用下限定理的主要困難是這個(gè)方法通過(guò)解析法求解極值。與有限元方法結(jié)合，利用上限法和下限法不僅可以求得嚴(yán)格的上、下限解，可以得到極限
8、狀態(tài)邊坡的應(yīng)力場(chǎng)和速度場(chǎng)。國(guó)內(nèi)關(guān)于塑性極限分析法的研究取得了一定的成就，其中以潘家錚(1980)提出的極大極小值原理最具有影響。他認(rèn)為在不同的滑面中，具有最小安全系數(shù)的滑動(dòng)面是真實(shí)的滑動(dòng)面：對(duì)于某一給定的滑動(dòng)面，滑動(dòng)面可以自行調(diào)整靜力容許應(yīng)力場(chǎng)，發(fā)揮最大的抗滑能力。巖石邊坡穩(wěn)定研究方面，陳祖煜等人進(jìn)行了卓有成效的研究。陳慶中結(jié)合有限元法、極限平衡理論和常微分方程的數(shù)值解法等，提出用于直接尋找滑動(dòng)面的
