利用三维有限元法进行碎片边坡稳定性分析

Springer-Verlag 2011

摘要 如何评价碎石边坡稳定性是一个紧迫的问题。该论文提出了一个应用方法评稳定性，基于MATLAB的二维（3D）有限元接触算法最大剪应力理论。关家杂物坡位于K9 940和K10 200之间，位于中国浙江龙里一级公路200公里一带。在其左边的斜坡上，2002年底出现了一些裂缝，这些裂缝是立即被塑料膜回填与覆盖了。但在2003年4月的降雨过程中，斜坡出现了许多新的裂缝，同时，斜坡前方出现了一些小的塌陷和弹簧，中间出现了许多裂缝。相关人员利用本文提出的方法分析了关家沟边坡的稳定性，这些方法包括强度折减有限元法，不平衡推力法，Fellenius方法，Janbu简化法，Spencer法，Morgenstern-Price法和广义极限平衡法（GLE）。结果表明：（1）采用不平衡推力法得到的碎石斜坡的安全系数在所有极限平衡法中均为最小;（2）1.07和1.06是采用上述方法得到的管家德布里斯斜坡的CC 0和DD 0（该斜坡的中部）安全系数（有限元以最大剪应力理论为基础的剪切强度折减技术）分别反映了临界破坏状态下的边坡实际情况;（3）本研究提出的方法可以考虑碎屑边坡的空间效应，使得边坡稳定性分析的结果更加合理，比其他方法可靠，可用作评估相同类型碎片坡度稳定性的参考;并且（3）应进一步研究确定本研究中提出的方法是否适用于其他类型的斜坡。

关键词：碎片斜坡 稳定性评估 三维有限元接触算法 最大剪应力理论-空间效应

介绍

碎屑斜坡通常包括松散堆积物，淋溶斜坡沉积物，崩塌或滑坡堆积以及完全分解的岩石。评估崩塌斜坡的稳定性和控制碎片滑坡不仅成本高昂需要很多钱，但也需要花费大量的时间来确定碎片滑落的边界条件。选择合理的边坡稳定性分析方法也是非常重要的。

目前，分析砂岩稳定性的主要方法是基于极限平衡理论和有限元方法（FEM）的传统方法。极限平衡-librium方法已被广泛用于分析斜坡稳定性，但在传统的极限平衡方法中，有许多假设来简化分析和计算（Cai and Ugai 2003）。例如，滑动平面通常假定为直线，折线，圆弧等，而不考虑土壤或岩石的应力 - 应变关系（Alexander 2009）。并且，传统的均衡方法无法获得应力和变形的分布。因此，极限平衡法的应用存在很多局限性，尤其是边坡稳定性分析和大规模滑坡治理，这些大多数只用于初步计算和估计（Chen et al。2001; Donald and Chen 1997）。

有限元不仅满足力的平衡条件，而且还考虑了岩石或土体的应力与变形的关系。因此，它已经广泛用于近年来的边坡稳定性分析。

自20世纪90年代以来，由有限元方法的应力计算结果得到坡度安全系数的可行性已经有少数学者研究过了（Zhuo et al。1992; Li et al。2003; 邓等人。2004）。 一般采用莫尔 - 库仑准则作为滑动面或滑动面的强度准则; 计算安全系数的公式2D斜率表示如下（Li等，2003; Deng等，2004）：