畢春福

[摘要]文章分析了有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中的應(yīng)用優(yōu)勢，探析了有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中的應(yīng)用，旨在為巖土工程相關(guān)工作人員提供一定的參考。

[關(guān)鍵詞]有限元強(qiáng)度折減法 巖土工程 應(yīng)用

[中圖分類號] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-377-1

1前言

英國科學(xué)家Zienkiewicz提出了用降低巖土強(qiáng)度或者增加外荷載，進(jìn)行巖土工程安全系數(shù)的計算，該種方法被看做為巖土工程極限分析有限元法的雛形。有限元強(qiáng)度折減法是極限分析有限元法最常用的方法之一，并且經(jīng)過多年的實踐應(yīng)用獲得了非常好的應(yīng)用成果。因此，文章針對有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中應(yīng)用的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

（1）考慮周全。有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中的應(yīng)用，考慮問題比較周全，尤其是在細(xì)節(jié)方面，能夠更加接近實際狀況，在進(jìn)行計算的過程中，計算數(shù)值越接近實際狀況，其價值越高，能夠有效的降低計算誤差。正是由于有限元折減法的這點優(yōu)勢，接近實際狀況的計算方法，越來越被巖土工作者所青睞。

（2）適應(yīng)性強(qiáng)。 我國幅員遼闊，涉及的地形包括高原、高山、山丘、平原等，一些巖土工程的測量工作會涉及到多種地形，如果采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行計算，不僅會增加工作人員的勞動強(qiáng)度，還會影響計算的精度，通過將有限元強(qiáng)度折減法應(yīng)用在巖土工程測量中，通過分析相關(guān)地形，描述該地區(qū)地形的范圍，以此評估相關(guān)地形的穩(wěn)定性，無論施工現(xiàn)場的地形如何復(fù)雜，氣候條件多惡劣，工作人員都可以在實驗室中輕松的測量。有限元強(qiáng)度折減法還有一個好處就是化整體為部分、化大為小，這樣能夠有效的降低工作人員的工作壓力，降低計算過程中誤差。

（3）準(zhǔn)確性高。國內(nèi)巖土工程企業(yè)非常多，如果工程測量和計算的準(zhǔn)確性較低，將會影響巖土工程企業(yè)的市場競爭力。準(zhǔn)確度是巖土工程測量中的必備條件，通過實踐證明，有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程測量中的應(yīng)用，其結(jié)算結(jié)果比其他公式計算的結(jié)果更加準(zhǔn)確，避免了其他公式就是你誤差導(dǎo)致的誤判，甚至導(dǎo)致地質(zhì)變軟以及工程坍塌等。正是由于有限元強(qiáng)度折減法計算的高準(zhǔn)確性，致使其成為許多巖土工作者的首選。

3有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中的應(yīng)用分析

（1）有限元強(qiáng)度折減法的原理分析。在有限元強(qiáng)度折減法中邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的定義為：當(dāng)巖土邊坡剛好達(dá)到破壞臨界點時，對巖土的剪切強(qiáng)度的折減程度，穩(wěn)定安全系數(shù)的公式表示為：Ct=■（公式1）；φt=■（公式2），公式中，F(xiàn)t表示折減系數(shù)；φ表示巖土體的內(nèi)摩擦角；c表示巖土體的粘聚力；φt表示折減后的內(nèi)摩擦角；ct表示折減后的粘聚力。因此，有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中應(yīng)用的要點在于利用公式調(diào)整巖土體的強(qiáng)度指標(biāo)φ值與c值，然后分析巖土體數(shù)值，反復(fù)的增加折減系數(shù)Ft，不斷的分析計算，直至巖土體達(dá)到臨界破壞狀態(tài)位置，此時計算獲得的折減系數(shù)即為巖土體的穩(wěn)定安全系數(shù)。

（2）巖土被破壞的依據(jù)。當(dāng)巖土失去穩(wěn)定性后將會被破壞，導(dǎo)致巖土出現(xiàn)坍塌或者滑坡等，這就表明巖土由原來的靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變成運動狀態(tài)，由于巖土形態(tài)的改變，會形成巨大的變形或者位移，破壞巖土特征。有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中的應(yīng)用，通過利用強(qiáng)度的折減能夠讓巖土靜止形態(tài)最大限度的轉(zhuǎn)化成運動形態(tài)，通過計算能夠獲得巖土被破壞的最大極限。當(dāng)巖土達(dá)到最大限度破壞狀態(tài)時，巖土坍塌面的塑性應(yīng)變以及產(chǎn)生的位移都會產(chǎn)生質(zhì)的變化，這種巖土塑性變化、巖土坍塌面改變的最小值、最大值將會成為一個變值，強(qiáng)度狀態(tài)、應(yīng)變狀態(tài)、靜力狀態(tài)等都不可能在有限元程序或者有限元方程式中獲得固定的答案，該種狀況下，無論是坍塌面位移的標(biāo)準(zhǔn)，還是受力分析的觀點都不能夠進(jìn)行保守計算，而是應(yīng)該在計算的過程中充分的考慮巖土邊坡的塑性區(qū)域。從理論上來說，巖土由上到下的貫通并不會導(dǎo)致巖土的破壞，塑性區(qū)域由上到下的貫通是巖土邊坡被破壞的關(guān)鍵因素之一，但是并不是充分的條件或者絕對的條件，還應(yīng)該分析邊坡或者巖土坍塌的面積。通過有限元強(qiáng)度折減法法的有限元程序能夠計算出塑性突變的位移突變，以此獲得巖土塑性和巖土坍塌面上的最小值與最大值。由此可見，有限元方程是否能夠獲得固定數(shù)值，可以作為判斷巖土邊坡貫通或者破壞的可靠依據(jù)。

（3）選取計算參數(shù)。有限元強(qiáng)度折減法在巖土工程中應(yīng)用的關(guān)鍵在于計算參數(shù)的選取，計算參數(shù)的選取對于計算結(jié)果的影響非常重要。根據(jù)相關(guān)研究表明，有限元強(qiáng)度折減法在進(jìn)行安全系數(shù)計算的過程中，除了粘聚力、內(nèi)摩擦角、坡角以及坡高等影響因素外，還有其他的計算參數(shù)對結(jié)算結(jié)果造成影響。但是，從巖土工程的整體狀況來說，粘聚力以及內(nèi)摩擦角是巖土工程安全系數(shù)的關(guān)鍵。兩種典型的巖土體應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示，其中曲線①為理想狀態(tài)下的彈塑性模型；曲線②為密砂或者超固結(jié)土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線；曲線③為松砂或者正常固結(jié)土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。通常狀況下，會對曲線②、曲線③與曲線①節(jié)能型比較分析，但是強(qiáng)度指標(biāo)的選取是一個難題，原因表現(xiàn)在兩個方面：其一，實際滑坡巖土或者邊坡處于何種應(yīng)力狀態(tài)難以確定；其二，其中曲線②的峰值強(qiáng)度包線計算得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比較準(zhǔn)確，然而曲線③峰值強(qiáng)度包線計算獲得的抗剪前度指標(biāo)在實際中難以接受。因此，在進(jìn)行抗剪強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)的選取時，應(yīng)該全面的分析所需要的工作應(yīng)力條件以及巖土體所處的應(yīng)力狀態(tài)。

4結(jié)束語

總而言之，有限元強(qiáng)度折減法其在巖土工程中的應(yīng)用，具有考慮周全、適應(yīng)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高等眾多優(yōu)點，能夠很好的滿足巖土工程的測量需求，致使其被廣泛的推廣和應(yīng)用在巖土工程中。同時，考慮到有限元強(qiáng)度折減法對軟件條件的要求相對較高，自主創(chuàng)新和研發(fā)相應(yīng)軟件成為有限元強(qiáng)度折減法發(fā)展的主要方向。

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