CHINACIVILENGINEERINGJOURNAL
Vol138 No11Jan1 2005
岩土工程极限分析有限元法及其应用
郑颖人 赵尚毅
(后勤工程学院土木工程系)
摘要:经典岩土工程极限分析方法一般采用解析方法,有些还要对滑动面作假设,不适用于非均质材料,尤其是强度不均的岩石工程,从而使极限分析法的应用受到限制。随着计算机技术的发展,极限分析有限元法应运而生,它能通过强度降低或者荷载增加直接算得岩土工程的安全系数和滑动面,十分贴近工程设计。本文探讨了极限分析有限元法的一些基本原理,包括安全系数的定义、岩土体整体失稳的判据、屈服准则的选用等,并将该方法应用于边坡、地基、隧道稳定性计算,算例表明了此法的可行性,拓宽了该方法的应用范围。关键词:极限分析有限元法;有限元强度折减法:边坡稳定分析:地基极限承载力;隧道稳定性中图分类号:O319156 文献标识码:A文章编号:1000-131X(2005)01-0091-09
LIMITSTATEFINITEELEMENTMETHODFORGEOTECHNICALENGINEERINGANALYSIS
ANDITSAPPLICATIONS
ZhengYingren ZhaoShangyi
(DepartmentofcivilEngineering,LogisticalEngineeringUniversity)
Abstract:Analyticalmethodisadoptedinclassicalgeotechnicalengineeringlimitanalysis.Itcannotinvolvethestress-strainbehaviorofsoils,andsometimesassumptionsneedtobemadeinadvanceabouttheshapeorlocationofthefailuresurface.Itisnotsuitableforheterogeneousmaterials,thusitsapplicationstillremainslimited.Withthedevelopmentofcomputersandcomputingtechnology,thelimitstatefiniteelementmethodhasbeenputforward.Withstrengthreductionorloadincrease,thestabilitysafetyfactorandfailuresurfacecanbeobtaineddirectlyatlimitstate.Itisverypracticalforgeotechnicaleng-ineeringdesign.Fundamentalsofthelimitstatefiniteelementmethodarediscussedinthispaper,suchasthedefinitionofsafetyfactorandtheselectionofyieldcriteria.Throughaseriesofcasestudies(slope,foundation,tunnel),theapplicabi-l
ityoftheproposedmethodisdemonstrated.
Keywords:limitstatefiniteelementmethod;slopestabilityanalysis;ultimatebearingcapacityoffoundations;tunnelsta-bility
都有各自的优缺点,有些还要作一定的假定,如极限平
1 引言
极限分析法的力学基础是土体处于理想弹塑性或者刚塑性状态,并处于极限平衡状态,即土体滑动面上每点的剪应力与土体的抗剪强度相等或者滑动面上的作用力与抗剪力相等。土体处于极限平衡状态有两个力学特征:一是土体已处于濒临破坏失稳状态,因而它可作为岩土工程破坏失稳的判据;二是岩土材料强度得到充分发挥,达到了最经济的效果,因而土体极限平衡状态常被作为岩土工程设计的依据,它是安全可靠、经济合理的最佳结合状态。
当前采用的经典极限分析法有如下4类;极限平衡法、滑移线场法、上、下限分析法与变分法。各种方法
收稿日期:2004-11-02衡法、上限法、滑移线场法等都要对临界滑动面作假定,且不适用于非均质材料,尤其是强度不均的岩石工
程,从而使极限分析法的应用受到限制。极限分析有限元法弥补了上述的不足,并有现成程序可用(比如美国的ANSYS程序),从而扩大了极限分析法的应用范围。
极限分析有限元法具有有限元法的一切优点,它不但考虑了变形,而且可以对施工过程进行动态模拟。采用极限分析有限元法分析边坡稳定性不需要假定滑动面位置和形状,也不需要条分,通过有限元计算可以直接求出安全系数以及临界滑动面。在边(滑)坡支挡结构的设计中,采用极限分析有限元法既可以考虑支护结构与岩土介质共同作用关系,并且可以直接算出结构内力,因而具有很大的优越性和应用前景。# 92 # 土 木 工 程 学 报2005年
上世纪70年代,英国科学家Zienkiewicz就已经提出采用增加外荷载或降低岩土强度的方法来计算岩土工程的安全系数,实质上这就是极限分析有限元法,但可惜长期以来没有得到岩土工程界的广泛认可,随着计算机计算技术的发展,阻碍极限分析有限元法法发展的各种因素正在逐步消减,从而正在成为极限分析法的一门新的分支。
Rs)岩土体下滑力;Rt)岩土体抗滑力。
由强度折减安全系数得到的滑坡推力设计值:RtX 由荷载增大(只增大下滑力,不增大抗滑力)安
Ft=Rs-全系数得到的滑坡推力设计值:
Rt
=XFtX 上述荷载增大安全系数的滑坡推力设计值为强度
Fct=Rs@X-Rt=XRs-折减安全系数推力设计值的X倍。
可见,不同的定义会导致安全系数的差别。我们认为有必要逐渐统一安全系数定义,并推荐采用强度储备定义安全系数,这样既能更好符合岩土工程破坏失稳的实际情况,又能与国际接轨。212 有限元中边坡破坏的判据
目前,土体破坏的标准有如下几种:
(a)滑移面塑性区贯通,表明滑移面上每点都达到极限平衡状态;
(b)有限元计算不收敛表征土体已经破坏;(c)土体破坏标志应当是滑动土体无限移动,此时土体滑移面上应变和位移发生突变且无限发展。经我们的研究,上述土体破坏三种标准有如下关系:土体滑动面塑性区贯通是土体破坏的必要条件,但不是充分条件。土体破坏的标志应是滑体出现无限移动,此时滑移面上的应变或者位移出现突变,因此,这种突变可作为破坏的标志。此外有限元计算会同时出现计算不收敛。可见,上述(b)(c)两种判据是一致的。因而可将有限元数值计算是否收敛或者滑面上节点塑性应变和位移突变作为土体破坏的依据。
图1为边坡达到极限破坏状态后产生的直线滑动破坏形式,可见边坡失稳后滑体由稳定状态转变为运动状态,滑体滑出,产生很大的位移,而且无限发展,有限元静力稳态计算不收敛。
[2,3]
[1]
2 极限分析有限元法的基本原理
211 安全系数的定义
将地基或者土坡引入极限状态有两种方法:一是增量加载,例如求地基的极限承载力;二是强度折减,例如求土坡的稳定安全系数。
传统边坡稳定分析的极限平衡方法事先假定一滑动面,根据力(矩)的平衡来计算安全系数,将安全系数定义为滑动面的抗滑力(矩)与下滑力(矩)之比,
X=
Q=QQSdlQSdl
Sfdl0
l0
l0
ll
(c+RntanU)dl0
式中:X)安全系数;
Sf)滑动面上各点的抗剪强度;S)滑动面上各点的实际剪应力。将上式两边同除以X,上式变为:
Q1=
0
l
ctanU+RdlXXQSdl
0
lcc+RtanUcdl
Q=
QSdl
0
l0
l
式中:cc=
ctanU,tanUc=XX可见,传统的极限平衡方法是将土体的抗剪强度ctanU指标c和tanU减少为X和X,使边坡达到极限状态,此时的X称为安全系数,实际上就是强度折减系数。
当前,在滑坡稳定分析中国内广泛采用不平衡推力法(传递系数法),这是我国独创的滑坡稳定分析方法。关于推力安全系数的考虑,通常将增大下滑力的分项系数作为安全贮备,但它不是严格含义上的荷载增大系数,因为边(滑)坡工程中荷载增大,不仅引起下滑力增大,而且还会引起抗滑力增大,但目前的传递系数法中并未考虑抗滑力增大,这不符合力学规律。
通常,滑坡推力的标准值写成:式中:
Fh=Rs-Rt
图1 岩质边坡失稳后形成的直线滑动面Fig11 Theplaneslidesurfaceofrockslope
第38卷 第1期郑颖人等#岩土工程极限分析有限元法及其应用#93#
f3a=
11(R2-R3)+(R2+R3)sinU-ccosU[022
f3b=1(R3-R2)+1(R3+R2)sinU-ccosU[022
图2 滑面上节点水平位移随荷载的增加而发生突变Fig12 SuddenchangeinX-displacementwithloadincrease
将荷载分为10个子步逐步施加,可得到边坡滑动面上单元节点水平位移(坡顶UXI、坡中UX2、坡脚UX3)随着荷载的逐步增加而逐渐增大的曲线走势
图(图2),从图中可以明显地看出,随着荷载的逐渐增加,当达到破坏状态后,节点的水平位移突然增大,产生了突变,而且如果有限元程序继续迭代下去,该节点的水平位移和塑性应变还将继续无限发展下去,有限元计算不收敛。
213 应用极限分析有限元法需要满足的条件
(1)要有一个成熟可靠的有限元程序;
(2)可供实用的本构模型和强度屈服准则;(3)计算范围、边界条件、网格划分等有限元模型的建立及其计算参数设置要满足有限元计算精度的要求。
人们常常认为有限元法的一个缺点是岩土体本构模型及其参数难以准确确定。对于强度问题(而不是变形问题),岩土体本构关系的选择不必十分严格,因此在极限分析有限元法中岩土材料可采用理想弹塑性本构模型,但是要选择合适的屈服准则,不同的屈服准则会得到不同的安全系数。214 屈服准则的影响和选用
日前,岩土工程中广泛米用Mohr-Coulomb屈服准则,但是该准则在三维应力空间中不是一个连续函数,而是由六个屈服函数构成,在三维空间的屈服面为不规则的六角形截面的角锥体表面(图3),给数值计算带来困难。f1a=f1b=f2a=f2b=
11(R1-R2)+(R1+R2)sinU-ccosU[0
22
11(R2-R1)+(R2+R1)sinU-ccosU[02211(R1-R3)+(R1+R3)sinU-ccosU[02211(R3-R1)+(R3+R1)sinU-ccosU[022图4 各屈服准则在P平面上的曲线Fig14 Yieldsurfacesonthedeviatorplane
图3 主应力空间中摩尔-库仑屈服面(c=0)
Fig13 TheMohr-Coulombyieldsurfacein
principalstressspace(c=0)
Drucker-Prager屈服准则在主应力空间的屈服面为光滑圆锥,在P平面上为圆形,不存在尖顶处的数值计算问题,目前国际上流行的许多大型有限元软件,比如ANSYS以及美国MSC公司的MARC、NASTRAN
等均采用了Drucker-Prager准则:
F=AI1+
J2=k
式中I1,J2分别为应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量。A、k是与岩土材料内摩擦角U和粘聚力c有关的常数,不同的A、k在P平面上代表不同时圆(图4),各准则的参数换算关系见表1。
# 94 # 土 木 工 程 学 报
表1 各准则参数换算表
Table1 Therelationshipofdifferentyieldcriteria
编号DP1
准则种类外角点外接DP摩尔-库仑等面积圆DP平面应变摩尔
DP3
库仑匹配DP(非关联W=0)
DP4
平面应变摩尔库仑匹配DP(关联)内角点外接DP
3sinU3+sinU22005年
匹配D-P准则(非关联流动法则)条件下的安全系数为X2,经过变换有:X2=
3
cosU0X1+sinU0-sinU0
212cosU0
2222A2sinU
3(3-sinU)23sinU23P(9-sin2U)
sinU
3k6ccosU3(3-sinU)63ccosU23P(9-sin2U)
-12sinU0
2
这样只要求得了外接圆D-P准则条件下的安全系数X1,利用该表达式就可以直接计算出平面应变摩尔-库仑匹配D-P准则条件下的安全系数X2。
采用同样的方法可以得到外接圆D-P屈服准则(关联流动法则)条件下的安全系数X1和平面应变摩尔-库仑匹配D-P准则(关联流动法则)条件下的安
DP2
ccosU
3ccosU33+sinU2全系数X2之间的安全系数转换关系式如下:X2=
3
cosU0X1+sinU0-sinU0
212cosU0
2222DP5
2sinU
3(3+sinU)6ccosU3(3+sinU)
-16sinU0
2
目前,美国大型有限元软件ANSYS采用的是摩尔-库仑不等角六边形外接圆D-P屈服准则。研究表明,采用该准则与传统摩尔-库仑屈服准则的计算结
果有较大误差,不管是评价边坡稳定性,还是地基极限承载力等等,在实际工程中如果采用该准则是偏于不安全的。为了和传统工程中Mohr-Coulomb准则条件下的安全系数(或者极限承载力)接轨,我们提出如下观点:
(1)对于平面应变条件下的强度问题,可采用与传统Mohr-Coulomb准则相匹配的D-P准则。
采用非关联流动法则时(膨胀角W=0),sinUa=,k=ccosU
3
采用关联流动法则时(膨胀角W=内摩擦角U)a=
sinU,k=23(3+sinU)3ccosU23(3+sinU)进行安全系数的转换时,各D-P屈服准则之间应采用相同的流动法则。
3 极限分析有限元法在滑(边)坡工程中的应用
[1~11]
311 在土坡中的应用
均质土坡,坡高H=20m,粘聚力c=42kPa,土容重C=20kN/m,内摩擦角U=17b,求坡角B=30b、35b、40b、45b、50b时边坡的安全系数以及对应的临界滑动面。
31111 安全系数计算结果
表2为各屈服准则采用非关联流动法则时的安全系数计算结果,传统极限平衡条分法安全系数计算采用的软件为加拿大的边坡稳定分析程序SLOPE/W。表中DP1为外接圆DP准则,DP2为摩尔-库仑等面积圆DP准则,DP3为平面应变条件下的摩尔-库仑匹配DP准则(非关联流动法则),S指Spencer法。
表2 用不同方法来得的稳定安全系数
Table2 Safetyfactorsabtuinedusingdifferentmethods
方法
坡角(b)
301191116411561155012301050101
351174114911421141012301060101
401162113811311130012501060101
451150112711211120012501060101
501141111911121112012601060
3
(2)对于三维空间问题,可采用徐干成、郑颖人(1990)提出的摩尔-库仑等面积圆D-P准则,该准
则要求偏平面上的摩尔-库仑不等角六角形与D-P圆的面积相等,计算表明它与摩尔-库仑准则十分接近,而且使有限元数值计算变得方便,其A、k的表达式如下:
A=
23sinU23P(9-sinU)
2
,k=
63ccosU23P(9-sinU)
2
FEM(DP1)FEM(DP2)FEM(DP3)Spencer法(DP1-S)PS(DP2-S)PS(DP3-S)PS
215 基于D-P准则的安全系数转换如前所述,D-P准则中A、k有多种表达形式,采用不同的屈服条件得到的边坡安全系数是不同的,但这些屈服条件的安全系数是可以互相转换的。
设c0,U0为初始强度参数,安全系数采用cPX,tan(U)/X的强度折减定义形式。在外接圆D-P准则条件下的安全系数为X1,在平面应变摩尔-库仑 从表2可以看出,采用平面应变条件下的摩尔-库仑匹配DP准则(DP3)求得的安全系数与传统
第38卷 第1期郑颖人等#岩土工程极限分析有限元法及其应用#95#
Spencer法求得的安全系数非常接近,误差在1%左右,而采用摩尔-库仑等面积圆DP准则(DP2)的计算结果比Spencer法计算的结果约大6%左右,外接圆DP准则(DP1)条件下的安全系数比Spencer的计算结果约大25%左右。31112 边坡临界滑动面的确定
根据边坡破坏的特征,边坡破坏时滑面上节点位移和塑性应变将产生突变,滑动面位置在水平位移和塑性应变突变的地方,因此可在ANSYS程序的后处理中通过绘制边坡水平位移或者等效塑性应变等值云图来确定滑动面。图5~7为坡角B=45b时的滑动面形状和位置,为了便于比较将变形显示比例设置为0。
图8 坡中A-B剖面上的等效塑性应变分布
Fig18 ThedistributionofequivalentplasticstrainonA-Bpath
硬性结构面的接触行为,建立岩质边坡非线性有限元
模型,通过强度折减使边坡达到极限破坏状态,得到了具有贯通和非贯通结构面岩质边坡的破坏形式及相应的安全系数,为岩质边坡稳定分析开辟了新的途径。图9、图10为由两组结构面(贯通率100%)控制的岩质边坡达到极限状态后的破坏形式,从图10中可以明显看到滑动面,求得的安全系数见表3,其
图5 用塑性应变剪切带表示的滑动面Fig15 Thefailuresurfaceusingcontinuouscontoursof
equivalentplasticstrain
中极限平衡方法计算结果是根据最先贯通的那一条滑动面求得的,从表3可以看出,由强度折减有限元法得到的安全系数与按极限平衡法获得的安全系数也十分接近。
图6 根据水平位移突变表示的滑动面形状Fig16 Thefailuresurfaceusingcontinuous
contoursofX-displacement
图9 几何模型Fig19 GeometryModel表3 安全系数计算结果
Table3 Safetyfactorsobtainedusingdifferentmethods
图7 用Slope/w中的Spencer法得到的滑动面形状
Fig17 ThefailuresurfacebySlope/w
计算方法有限元法(外接圆DP准则)
有限元法(摩尔-库仑等面积圆DP准则)极限平衡方法(Spencer)
安全系数116811391136
可见,滑动面上塑性应变产生了突变,图8中
A-B剖面上等效塑性应变最大的点即为滑动面与A-B线的交点。
312 在岩质边坡中的应用
文献[5]采用有限元强度折减法对由结构面(贯通和非贯通)控制的岩质边坡破坏机制进行数值模拟分析,采用低强度实体单元来模拟岩体软弱结构面,按照连续介质处理;采用无厚度的接触单元模拟 采用极限分析有限元强度折减法还可以模拟具有非贯通结构面的岩质边坡破坏形式。图11为一具有3条非贯通结构面岩质边坡极限状态时的破坏形式,同时可以得到其强度储备安全系数。
# 96 # 土 木 工 程 学 报2005年
压力呈弓形分布。
图12 用有限元法得到的滑坡推力分布Fig112 LandslidethrustpressuredistributionbyFEM
图13、图14为该滑坡采用预应力锚索抗滑桩加固后桩的弯矩和剪力分布。
图10 岩质边坡达到极限状态后的破坏形式
Fig110 FailureProgressofrockslope
图13 预应力锚索桩的弯矩分布
Fig113 Bendingmomentdistributioninthepilewithcable
图11 具有3条非贯通结构面岩质边坡破坏模式Fig111 Thefailurepatternofrockslopewiththreediscontinuties
图14 预应力锚索桩的剪力分布Fig114 Shearforcedistributioninthepile
313 在岩土介质与支挡结构共同作用中的应用
传统的极限平衡方法可以求出岩士介质作用在支挡结构上的推力,而不知道推力的分布。对推力分布作不同的假设求得的支挡结构内力有很大差异,从而降低了计算的精度。强度折减有限元法的应用,有助于考虑岩土介质与支挡结构的共同作用,获得支挡结构上真实的推力分布状况,它们是在土体处于极限平衡状态下获得的。图12为采用有限元强度折减法得到的崇溪河至遵义高速公路高工天滑坡推力分布,土4 在地基中的应用
经典的极限分析法可以用来求地基的极限荷载,那么极限分析有限元法当然也可以用来求地基极限荷载,作者对此作了尝试。
光滑刚性条形地基的极限承载力问题的基本理论基础原于Prandlt解,对一个承受均匀垂直荷载的半 第38卷 第1期郑颖人等#岩土工程极限分析有限元法及其应用#97#
无限、无重量地基,其极限承载力可以通过极限分析求得其精确解为:
qu=ccotUexp(PtanU)tan
2
PU4+2-1
在U=0的情况下qu=(P+2)c
在地基极限承载力有限元计算模型中(图15)可以采用逐步增大荷载的方式来使系统达到极限状态,此时静力有限元计算不收敛。算例:取c=10,U=0b~30b,采用平面应变摩尔-库仑匹配DP准则(关联流动法则)。
F=AI1+A=
J2=k
sinU3ccosU,k=2233+sinU33+sinU图17 极限状态时的破坏滑动面Fig117 FailuresurfacebyFEM
图16 位移矢量图Fig116 Vectorofdisplacement
不同参数条件下的计算结果如表4所表示。
图15 有限元网格划分Fig115 Finiteelementmesh表4 极限承载力计算结果(kPa)
Table4 calculatedresultsforlimitbearingcapacity
U(b)051015202530
Prandtl理论解
511426418983145109177148135207121301140
有限元法521196519684198111190151175212108310100
相对误差(%)
1150116611831194212921352185
图18 Prandtl解的滑动面Fig118 PrandtlSlipsurfaces
边界荷载、含有结构面等非均质地基。传统诸多方法
均不宜采用,而极限分析有限元法却能方便的应用。下面两图为含有一软弱结构面地基极限承载力的极限分析有限元法的求解结果分析图。图19为极限状态后的基础附近局部的等效塑性应变等值云图,图20为极限状态后的基础附近局部的位移矢量图。
从表4的计算结果看出,采用极限分析有限元法得到的极限承载力与Prandlt解非常接近。计算也可以采用非关联流动法则的平面应变摩尔-库仑匹配DP准则,两者计算结果十分接近。
图16为极限状态后的基础附近局部的位移矢量图(U=0b),图17为极限状态后的基础附近局部的等效塑性应变等值云图(U=0b)。图18为相应情况下的Prandtl解的破坏机构图。由上述几图可见,极限分析有限元法求解的破坏形式与Prandtl解的破坏形式非常一致。
对于复杂情况下的地基,如复杂几何边界、复杂对地下隧道的稳定性评价一直缺乏一个合适的评图19 极限状态时的破坏滑动面Fig119 FailuresurfacebyFEM
5 在地下工程与隧道中的应用
# 98 # 土 木 工 程 学 报2005年
可能出现受拉破坏,主要是在松散破碎岩体中,尤其是拱圈较平缓时拱顶可能出现拉裂破坏而垮塌,因而隧道还存在一个拉裂破坏安全系数。这方面的研究尚无前例,有待深入。
6 结论
随着计算机技术的发展,岩土工程极限分析有限
图20 位移矢量图Fig120 Vectorofdisplacement
元法正在成为极限分析方法新的分支。由于它使极限分析可以采用有限元数值分析方法运算,并有现成大型程序可用,从而扩大了极限分析法的应用范围。该
方法可以对贯通和非贯通的节理岩质边坡进行稳定分析,同时可以考虑地下水、施工过程的影响,可以考虑各种支挡结构与岩土材料的共同作用,因而具有很大的优越性和应用前景。
本文对极限分析有限元法中安全系数的定义、有限元中边坡失稳的判据、屈服准则的影响和选用进行了探讨。研究表明,采用强度折减有限元法求得的安全系数以及滑动面位置和形状与采用传统的极限平衡条分法的计算结果十分接近。将极限分析有限元法应用于地基极限承载力的计算,算例表明采用极限分析有限元法计算结果与经典Prandlt解非常接近,这有力地说明极限分析有限元法的可行性。
目前,对地下隧道的稳定性评价一直缺乏一个合适的评判指标,作者在这方面作了些尝试,将极限分析有限元法应用于地下隧道的稳定性评价。极限状态时围岩发生塑性应变(或者位移)突变时的情况就是围岩发生流动破坏的情况,因而可依据塑性应变或者位移突变来确定潜在破坏面。通过有限元强度折减还可得到隧道的整体强度储备安全系数,这个安全系数可以作为隧道围岩分类的指标之一,这方面的工作还有待于进一步研究。
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(下转104页)
判指标,传统有限元法无法算出地下洞室工程的安全系数和围岩的破坏面,仅凭应力、位移、拉应力区和塑性区大小很难确定地下洞室工程的安全度与破裂面。当前工程上尚没有隧道稳定安全系数的概念,一
般按照经验对隧道围岩的稳定性先进行分级。极限分析有限元法通过对岩土体强度参数的折减,使岩土体处于极限状态,因而有可能使岩土体显示潜在的破裂面,并求得安全系数,这在边(滑)坡稳定分析中取得了成功,但应用于地下洞室工程中算出的塑性区往往是一大片,而不像边(滑)坡岩土体内存在明显的剪切带,因而要找出围岩内的破裂面比较困难。本文研究表明,隧道围岩发生塑性应变突变时的情况就是围岩发生破坏流动的情况,因而只要找出围岩塑性应变发生突变时的塑性区各断面中塑性应变值最大的点,并将其连成线,就可得到围岩的潜在破坏面(图21),同时可求得地下洞室的安全系数,本文所说的隧道稳定安全系数是指隧道整体安全系数,即把非等强度的真实岩体视为均质等强的岩体,据此求出安全系数。
图21 某高边墙地下洞库极限状态时的潜在破坏面
Fig121 FailuresurfaceoftunnelbyFEM
应当注意这一安全系数是基于隧道受剪破坏而提
出的,可称为剪切破坏安全系数。大家知道,隧道还
# 104 # 土 木 工 程 学 报2005年
(1)在隧道变形量测方面,依据隧道变形量测结果,及时反馈指导施工,确保了隧道施工得以安全顺利进行,为设计合理的支护系统提供依据。
(2)通过量测掌子面围岩表面温度、洞内外气温及围岩内部温度,并进行信息反馈,施工中根据所获得的信息来调节洞内通风温度,使掌子面温度保持于合理的范围之内。此外,根据保温层内外侧温度信息,判断保温层的保温效果。
(3)水压监测方面,在隧道的拱腰、边墙、仰拱等处的防水保温层内外侧分别布置水压力计,依据所获的水压信息,可评价施工中防水板以及排水系统的施工质量,及时发现安全隐患。
(4)通过对锚杆轴力变化规律的监测,说明在有隔热保温系统的冻土隧道中采用锚杆是有效的。
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谭忠盛 工学博士,教授,主要从事隧道及地下工程方面的研究工作。通讯地址:100044 北京市上园村北京交通大学土木
建筑学院。
任少强 高级工程师,主要从事隧道及地下工程方面的施工工作。张 弥 教授,博士生导师。主要从事隧道及地下工程方面的研究工作。
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郑颖人 中国工程院院士、教授、博士生导师。从事岩土本构关系理论与数值分析及岩土工程稳定性研究。通讯地址:
400041 重庆市渝州路79号后勤工程学院土木系
赵尚毅 博士,从事岩土工程稳定性及其数值分析研究。
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