论对岩土工程有限元强度折减法的几点思考
汤宇皓浙江省工程勘察院
【摘要】制定出一个完整可靠的基坑防护措施，使其能充分起到保护边坡的稳定性，是每个建设工程的一项基本技术保证。

在现代随着电子计算机系统软件及硬件开发的巨大成功，使岩土有限元强度的理论计算与实际现场施工的应用已经成为现实。

人类已经能在现实施工作业中基本通过有限元强度折减法的计算能控制施工现场基坑土坡在到达强度值后岩土的滑落走向，从而充分的控制组织现场的施工工序，来达到科技“以人为本”的理念。

【关键词】岩、土坡防护岩、土坡破坏行的依据有限元强度折减法岩土塑性的破坏与贯通建模
在当代随着“以人为本”的理念深入人心．建筑工程安全生产的重要性已经和建筑工程所产生的经济效益及社会影响相提并论了。

边坡工程在工程领域被广泛涉及，例如：工民建工程，水里工程，铁道工程。

桥梁工程及隧道工程。

边坡工程已成为各项建筑工程基础开挖的保证。

对于整个工程主体质量的好坏起到至关重要的作用。

基坑边坡的稳定性关系着工程进度，及整体施工工序的安排和组织。

一、岩、土坡的非稳定性形成１．岩、土坡在外作用力下发生变化是造成岩、土坡稳定性变化的主要因素之一。

主要是因为实际施工环境中的人为因素引起的。

例如在坡顶堆放建筑元材料或、建造构造物及停放大型建筑施工设备使坡顶受到重荷，或者由于冲击式钻孔桩
的施工、大型装载设备车辆的行驶、对岩土的爆破、地震等引起的震动都能改变了原来的岩土结构的平衡状态，使其造成下滑、坍塌。

２．岩土抗剪力强度的降低是造成岩土稳定性变化的又一因素。

其主要体现在自然因素作用下的结果。

例如岩土层下的地下水位的升高促使岩土层含水量的加大和超静水压力的增加都能改变岩土坡稳定性的降低。

静水压力是指雨水冲刷或地面水流入岩土坡中的不规则裂缝，对岩土坡的侧向作用压力，从而造成岩土坡的整体滑动及大面积坍塌。

二、岩、土坡被破坏的依据岩土失去稳定性直接造成岩土的滑坡坍塌，就意味着岩土由静止形态转化为运用形态，与此同时岩土的形态改变所产生的巨大且无限的位移就形成了岩、土坡破坏特征。

在有限元中应用强度的折减使岩土静止形态能最大的转化成为运动形态，从而达到岩土的最大极限破坏形态。

岩土坍塌面所产生的位移以及岩土的塑性应变都将发生本质上的改变。

这是岩土坍塌面和岩土塑性改变得最大值和最小值都不在可能变为一个固定值，静力状态和应变状态及强度状态多种数值，都不能在有限元方程式及有限元程序中找到固定的答案。

此时无论是在受力分析的观点还是在坍塌面位移的标准中都不能保守的计算。

当然这还包括岩土以贯通的从岩土坡上到下的塑性区。

其实理论上岩土从上至下的贯通并不能意味着岩土坡遭到破坏。

塑性区域的贯通是岩土边坡被破坏所体现的主要条件之一。

但这一点并不是据对的条件、充分的条件。

还要看岩土、边坡坍塌的面积是否形成了巨大其无限的位移。

塑性突变的位移突变在有限元程序计算中被体现出来。

从而可以得到理论上的岩土坍塌面及岩土塑性上的最大值及最小值。

所以方程组是否能得到固定数值做为岩土边坡破坏、贯通的有效依据。

三、岩土塑性的破坏与贯通岩土是自身具有可塑性的，这一特性使得岩土坍塌后形成的滑体在实际工程施工中造成了很大的麻烦。

岩土的坍塌及边坡的稳定性在施工过程中得到了充分的重视。

雨季的泥水冲刷，春季雪水的融化都能在岩土竖向裂缝中施展作用力，从而使岩土造成破坏。

由此可见岩土坡的施工中的防护变得由关重要。

在实际施工中的边坡防护一般分为支护防护和锚固防护。

支护防护是指在岩、土坡脚预留土层打入混凝土、钢轨桩及木桩，提高岩土自身的稳定性。

然后在岩土坡面进行覆盖，保证岩土坡面的纵向裂缝不受到雨水及雪冻融的直接伤害。

从而保证岩土的稳定性。

所以对岩土有限元强度折减法应用的准确性、精准性的高标准要求更能在实际施工中对边坡防护措施的选择提供强有力的技术支持和理论依据。

四、计算模型的建立Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ的定义单元法在实际的施工技术应用主要体现在对节理岩土层的模拟试验中。

通过用结构层面的结构强度变化来控制岩土坡的形态。

土层与岩层的截面接触力学参数是最难确定的，在技术模拟中也很难对其提供合理的结构性数值。

所以在计算模型的建立过程时一定要提出假设岩质面与土质面的胶结强度满足实际条件，岩层面与土层面不会产生相对的扰动且不出现坍塌滑坡现象的论点。

只有这样岩层或土层的所代表的力学参数才能控制岩土坡的理论稳定性。

在计算模型建立过程中计算模型将被分
割为６个单元组。

平均每两个相邻土层为一组，应用程序语言将土层与岩层相连接，并且不设立ｉｎｔｅｒｆａｃｅ单元。

就能达到利用土层自身力学参数随意控制岩土边坡稳定性及运动性的目的。

该计算模型的节点一共为１０３１２个，单元划分为４７１４个。

其自身的边界条件及网格的划分如图１所示。

图１岩土自身的边界条件及网格的划分五、强度折减的概念现实工程建设中有许多天然形成的且无支护的岩土坡面我们可以通过简单的现场试验就能准确的把握其遭到扰动后而形成的形态。

从而提出实用于本工程个边坡防护措施。

但还有许多天然岩土边坡和人工挖掘形成的切面边坡断面我们不能充分掌握其形态形式。

在使用传统极限平衡条分法应用于实际施工中就会造成极大人力，物力的浪费。

对最大最小稳定岩土参数值的选择的问题上往往区于最大安全值的考虑。

在这种土质复杂层面上的进行支护及喷锚是十分技术复杂的问题。

１９７５年ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ岩土弹塑性有限元数值中提出了抗剪强度折剪系数的理念。

由此确定出岩土自身的强度值的储备与极限平衡法中所给出的安全系数在定义上为一致的。

抗剪强度折减系数的概念为：在外荷载保持不变的情况下，岩土边坡坡体所发挥的最大抗剪切强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比。

当假定岩土边坡内所有坡体抗剪强度的发挥程度相同时，这种抗剪强度折减系数定义为边坡的整体稳定系数。

强度折减系数概念能够将强度储备安全系数与边坡的整体稳定系数统一起来，而且在有限元数值分析中无需事先确定滑动面形状与
位置，因此在实际中逐渐得到广泛应用。

有限元强度系数折减法的基本原理是将坡体强度参数（粘聚力和内摩擦角值）同时除以一个折减系数Ｆ，得到一组新的值，然后作为新的材料参数输入，再进行试算，利用相应的稳定判断准则，确定相应的Ｆ值为坡体的最小稳定安全系数，此时坡体达到极限状态，发生剪切破坏，同时又可得到坡体的破坏滑动面。

六、结语抗剪强度折减系数法对比较传统的平极限条分法具有如下优点：（１）能够对具有复杂地貌、地质及人工开挖的边坡进行计算；（２）考虑了岩、土体的之间相互的构造关系，以及变形和位移对应力的影响；（３）能够建立计算模型。

模拟土坡的边坡形成过程及其滑移面形状（通常由剪应变增量或者位移增量确定滑移面的形状和位置）；（４）能够模拟土体与支护结构（超前支护、土钉、喷锚面层等）的共同作用；（５）求解较精确的安全系数时，可以不需要假定滑移面的形状和位移量，也无需进行条分。

随着现代科学的进步和计算机软硬件领域的高速发展，任何科学理论依据都将更直接的作用人类社会生产中来，为社会进步发展提供能量。

参考文献：
赵尚义，郑颖人，张玉芳．极限分析有限元法讲座－－ＩＩ有限元强度折减法中边坡失稳的判据讨论［ｊ］．岩土力学．２００５．２．栾茂田，武亚军，年廷凯．强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判断及其应用［ｊ］．防灾减灾工程学报．２００３．９．
刘铁雄，徐松山，彭文祥．采用强度折减法确定含软弱夹层岩质边坡安全系数．２０１０．８．２８．３８２百科论坛 __。