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在影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素中，地下水的作用不容忽視。根據(jù)我國和其他國家的調(diào)查資料表明，由于滲流沖刷破壞失事的土石壩高達(dá)40%，與滲流密切相關(guān)的滑坡破壞也占10%左右。水的滲入使巖土體的質(zhì)量增大，進(jìn)而使滑動(dòng)面的滑動(dòng)力增大，同時(shí)，在水的作用下巖土體被軟化而抗剪強(qiáng)度降低，另外，地下水的滲流對巖土體產(chǎn)生動(dòng)水壓力和靜水壓力，這些都對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。在孔隙水壓力的作用下，首先是減少了巖土體的有效應(yīng)力，從而降低了巖土體的剪切強(qiáng)度，另外，巖土體中滲流與應(yīng)力之間的相互作用強(qiáng)烈，對邊坡穩(wěn)定性具有重要的影響，除了一般能夠考慮兩場的數(shù)值方法以外，因?yàn)槟軌蚪o出邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)而被特別重視。
由于在自然邊坡中滲流場分布極為復(fù)雜，很難用于計(jì)算，所以傳統(tǒng)條分法分析邊坡穩(wěn)定時(shí)對滲流的影響考慮很粗糙，而有限元分析法可法計(jì)算飽和非飽和滲流場，將計(jì)算出的應(yīng)力應(yīng)用到極限平衡法中分析邊坡穩(wěn)定的方法，是當(dāng)前國內(nèi)先進(jìn)的方法。在這方面，河海大學(xué)、南京水利科學(xué)研究院等單位都做出了貢獻(xiàn)，并且廣泛應(yīng)用于土坡、巖石邊坡、土壩、礦坑、貯灰壩和尾礦壩等考慮滲流的穩(wěn)定性安全系數(shù)分析。現(xiàn)在在采用的商用軟件Shde也是按照以上方法研制并成功地應(yīng)用于工程中。該法不能應(yīng)用于三維邊坡分析是傳統(tǒng)極限平衡法的致命弱點(diǎn)。為此巖土界研究和開發(fā)能夠應(yīng)用于三維邊坡分析的新方法—強(qiáng)度折減有限元法。考慮滲流的三維強(qiáng)度折減有限元法在國內(nèi)還只是處于研究階段，還沒見文字報(bào)道。本研究主要探索考慮滲流場和應(yīng)力場藕合的三維強(qiáng)度折減有限元技術(shù)，并研制成功一個(gè)考慮滲流場和應(yīng)力場耦合的三維強(qiáng)度折減有限元程序，以期能更好地解決考慮滲流的邊坡工程穩(wěn)定性評估問題。
假定巖土體在孔隙流體作用下遵循太沙基有效應(yīng)力原理，在彈塑性有限元數(shù)值分析中，折減系數(shù)Fs的初始值取得足夠小，以保證開始時(shí)是一個(gè)近乎彈性的問題。然后不斷增加F的值，折減后的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)逐步減小，反復(fù)對邊坡進(jìn)行分析，首先部分單元開始屈服，應(yīng)力在單元之間重新分配，局部失穩(wěn)逐漸發(fā)展，直到某一個(gè)臨界狀態(tài)，在虛擬的折減抗剪強(qiáng)度下整個(gè)邊坡發(fā)生失穩(wěn)。那么在發(fā)生整體失穩(wěn)之前的那個(gè)折減系數(shù)值，即實(shí)際抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與發(fā)生虛擬破壞時(shí)折減強(qiáng)度指標(biāo)的比值，就是這個(gè)邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。這種穩(wěn)定分析方法稱為抗剪強(qiáng)度折減有限元法。使用抗剪強(qiáng)度折減有限元法不僅可以直接得出邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，不需要事先假設(shè)滑裂面的形式和位置，還可以得到邊坡內(nèi)各單元的應(yīng)力和變形情況，給出破壞區(qū)域，從而大致給出破壞面的位置。這里定義的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)，與極限平衡分析中所定義的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)在本質(zhì)上是一致的。
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