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水利工程论文-有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究.doc

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水利工程论文-有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究.doc

水利工程论文-有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究摘要: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]。这有力地说明了将有限元折减系数法用于分析土坡稳定问题是可行的,但必须合理地选用屈服条件以及严格地控制有限元法的计算精度,同时也表明:有限元折减系数法所得安全系数稍微偏高,其原因有待进一步研究。1折减系数法的基本原理Bish

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