有限元重度加大法與強度折減法的對比分析

李 蓬

(河南中原高速公路股份有限公司,河南鄭州450052)

重度加大法是一種新興的基于重度增大的計算方法,其計算原理與極限平衡方法以及強度折減法原理不同,基本思想是自重以線性關系,按一定步長逐漸增加,每增加一次,有限元計算程序將進行迭代計算,尋找外力與內力的平衡,同時進行破壞分析,直至邊坡達到臨界破壞狀態[1-2]。

在計算參數上表述為,保持巖土體的抗剪強度指標c、φ值不變,通過逐步增加重度G的方式,反復進行有限元計算,直到邊坡達到臨界破壞狀態。此時的重度Glim與初始重度G的比值,即為邊坡的安全系數[3],即:

重度加大法的思路和求結構極限承載能力以及地基承載力的思路是一致的。求結構極限承載能力時,單調遞增作用在結構上的荷載,荷載位移曲線峰點對應的就是結構的極限承載能力。求地基承載力也是遞增荷載,直至求解不再收斂[4-5]。這兩者的計算加載模式和計算對象的實際受力形式是一致的。而處理邊坡問題的重度增加法和它們的不同之處就是,遞增的荷載僅是體荷載(重度),那么這種加載模式的計算結果應該和沒有其它超載的天然邊坡安全系數求解結果是一致的[6-9]。通過不同的邊坡算例計算相同邊坡狀態下的有限元重度加大法與強度折減法的結果,并與極限平衡法相對比,以期找到這一簡單實用方法的可行性的范圍。

1 算例邊坡的有限元計算

選取的計算邊坡參數為,邊坡土體的強度參數c=15 kPa,φ=25°,重度 γ=20 kN/m3,彈性模量為20MPa,泊松比為 0.35。……