[发明专利]一种考虑剪切带单元强度软化的动态强度折减法

说明书

一种考虑剪切带单元强度软化的动态强度折减法，其特征在于：(1)考虑了剪切带单元的强度软化；(2)可以反映实际边坡中的初始缺陷点及软弱夹层；(3)可以反映剪切带发育扩展以及边坡渐进破坏的过程；(4)可以自动搜索出滑动面；(5)克服了传统方法所得边坡塑性区过大的缺点，更加符合工程实际。本发明计算所得的塑性区要远小于传统的整体强度折减法，克服了传统的整体强度折减法在进行边坡稳定性有限元计算时塑性区范围过大的缺点。同时本发明不仅可以考虑剪切带单元的强度软化，模拟边坡剪切带的发育扩展过程，反映边坡渐进破坏的特点，还可以直接搜索出潜在滑动面。提供了一种新型边坡稳定性分析方法。

技术领域

本发明涉及边坡稳定安全计算与防护的技术领域，公开了一种考虑剪切带单元强度软化的动态强度折减法。

背景技术

边坡稳定性问题一直是岩土工程中的重要研究课题，岩土边坡的失稳破坏也是岩土工程建设中经常遇到的主要事故之一。我国山地丘陵面积占到国土总面积的2/3以上，滑坡在我国影响范围广泛且发生非常频繁，是我国主要的地质灾害之一。

边坡的失稳破坏并非一蹴而就，而是长年累月渐进破坏累积的结果。岩土体并不是均质材料，无论是天然岩石或土质边坡还是人工堆填或开挖边坡往往都存在软弱夹层或是初始缺陷点，边坡的整体失稳破坏坡体的下滑不是一瞬间发生的刚体位移，坡体不同位置的土体单元不是同时发生破坏的而是从某一个单元发生破坏后引起的应力重分布，导致相邻单元发生破坏并逐渐发展直至边坡整体失稳，是一个渐进累积的过程。

边坡渐进破坏的过程与剪切带的发育扩展密不可分，以极限平衡法为代表的传统分析方法在研究边坡滑动失稳时往往假设边坡沿某一特定的滑动面上滑动，认为滑动面上土体单元同时达到抗剪强度发生剪切破坏，这种假设并不合理与工程实际相差甚远。需要发展一种能够反映滑带应变软化残余强度的渐进破坏分析方法。

同时，传统的强度折减法通过折减边坡所有的土体强度参数直致边坡失稳来判断边坡稳定性，是一种整体强度折减法，然而在实际工程中边坡的滑动破坏往往是由剪切带单元的强度软化以及扩展直至剪切动区贯通所引起的。整体强度折减既不能反映剪切带单元的强度软化，亦不能反映剪切带的发展方向，无法描绘与反映边坡失稳破坏的渐进过程，与工程实际并不相符，需要找到一种能够反映剪切带单元强度软化的新型有限元强度折减法。

发明内容

本发明的目的是基于整体强度折减法、局部折减法以及剪切带应变软化理论提出了一种考虑剪切带单元强度软化的动态强度折减法，考虑剪切带土体的应变软化以及边坡渐进破坏过程，同时又能够反映剪切带扩展方向。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种考虑剪切带单元强度软化的动态强度折减法，其特征在于所述动态强度折减法包括以下步骤：

(1)建立边坡计算模型；

(2)强度折减参数F_k初始值设为1，利用强度折减参数对边坡整体单元强度参数进行折减，同时利用屈服判据S对坡体单元应力状态进行监测判断其是否发生屈服破坏，若所有单元S0.2则增加强度折减系数F_k继续进行强度折减计算，直至有坡体单元应力状态S0.2出现，当局部坡体单元屈服判据S0.2，说明其单元应力状态接近屈服处于残余状态，此时对单元进行标记并中止计算进行下一步处理；

(3)利用屈服判据S确定边坡渐进破坏过程中的剪切带上处于残余状态的区域，将此区域内单元的强度参数均修改为残余强度，其余单元强度参数保持不变，重新修改折减参数数值令F_k＝1，然后返回上一步重新进行计算；

(4)在重复进行步骤(2)步骤(3)，计算后应力状态接近屈服处于残余状态的坡体单元逐渐增多并向上扩展，塑性应变产生并逐渐形成剪切带，直至处于残余状态的区域扩展至坡顶塑性区贯通或者有限元计算不收敛时终止计算；