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有限元素法边坡分析之安全系数研究

郑富书  黄国品  谢佑明  
【摘要】:相对于极限平衡法,在边坡问题的分析有限元素法系基于连体力学的准则,能够考量土壤的组合律行为、弹塑性行为与复杂的破坏准则。因此,有限元素法所获得之解包括应力场、应变场;有别于极限平衡法,只能对一特定滑动面求得安全系数。虽然有限元素法的解答较极限平衡法完整,却无法直接告之边坡的稳定程度(即极限平衡法的安全系数)。因此,本研究乃针对有限元素法所产生的应力、应变场及材料的破坏准则,研订合理的安全系数衡量(measure)。此安全系数衡量的决定乃根据下列原则:(1)具物理意义:(2)利用典型的有限元素法输出结果,如应力、应变及材料的破坏准则; (3)尽可能的接近极限平衡法对安全系数的定义,使得此二法的安全系数可以在相同的基础上比较。根据上述原则,本研究对四种安全系数衡量(A 法、B 法、C 法、D 法)进行比较。研究结果发现:(1)A 法(数值发散)与 C 法(无代表性加载方式)并不适合作为安全系数。(2)B 法与 D 法对不同滑动面所描述之安全系数对较稳定的滑动面所预测的安全系数偏低且范围偏小,不足以突显其安全性与不同滑动面的稳定性差异。(3)B 法与 D 法对最稳定滑动面(S_1)所得安全系数不是最高。上述第二、三点为 B 法与 D 法之缺点, 有待进一步改善。

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