不同本構模型在開挖邊坡有限元強度折減法中的應用

聶美軍， 張坤勇，4， 杜 偉， 李廣山， 張興其

（1.河海大學巖土工程科學研究所，南京 210024； 2.中設設計集團股份有限公司，南京 210014；3.中車建設工程有限公司，北京 100078； 4.河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，南京 210024；5.合肥市市政設計研究總院有限公司，合肥 230001）

數值方法是計算邊坡穩定性的常用方法［1-2］，其中應用廣泛的有限元強度折減法可以計算復雜地質的邊坡體，如非均質邊坡［3］. 邊坡土質的性質對本構模型的選擇也有影響［4-6］. 合理的本構模型在分析邊坡破壞的發生發展過程時能考慮到挖方或填方對邊坡穩定性的影響［7-9］. 因為開挖邊坡不同區域土體可能處于卸荷狀態或加荷狀態，所以開挖邊坡土體中的應力和變形的分布規律也會產生變化，進而會影響到邊坡的安全穩定性，而傳統的極限平衡法并不能描述這種變化［10］.

邊坡典型位置的變形可以在一定程度上反映邊坡的“穩定狀態”. 選用能夠反映開挖施工過程的合理本構模型，是過程模擬的要求，也是采用以變形量為失穩判據的重要前提，對于開挖工程的土體變形預測、邊坡穩定性分析是必要的. 本文采用能夠反映開挖邊坡土體應力狀態和應力歷史的本構模型，通過有限元數值計算，對邊坡的開挖過程進行逐級分析，并與采用極限平衡法得到的穩定性安全系數和變形計算結果進行了比較.

1 劍橋系列本構模型理論

1.1 劍橋模型

劍橋模型是由劍橋大學羅斯科（Roscoe）等在1963年提出的. 該模型以室內三軸壓縮試驗為基礎，通過引入加工硬化原理和能量方程推導出模型的屈服方程.