副標(biāo)題#e#    0 引言
   
    滑坡失穩(wěn)災(zāi)害對(duì)道路工程建設(shè)和正常運(yùn)營(yíng)都會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，長(zhǎng)期以來受到科技工作者和工程師的重視，并發(fā)展出多種分析和評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性的方法，如楔體法、Fellcnius法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern和Price法、Spencer法以及對(duì)數(shù)螺旋法等，這些方法目前仍然是工程計(jì)算中解決實(shí)際問題的基本方法。但由于這些方法沒有考慮巖體應(yīng)力 一應(yīng)變特性，因此，滑坡巖土體失穩(wěn)時(shí)，不能求解其內(nèi)部各處應(yīng)力和變形的分布規(guī)律。
   
    應(yīng)用有限元法可以計(jì)算滑坡體內(nèi)部應(yīng)力，并直接求解滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力，進(jìn)一步計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)，因此，其求解的滑坡穩(wěn)定系數(shù)比極限平衡法更為精確合理。
   
    本文以湖北省宜昌至恩施高速公路K177+000-K178+400段滑坡為實(shí)例采用有限元分析軟件 COSMOS/M進(jìn)行分析計(jì)算，建立一套切合工程實(shí)際的滑坡穩(wěn)定性有限元分析方法。
   
    1力學(xué)分析模型
   
    1.1 巖土體材料的拉裂破壞分析
   
    土體材料抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，將發(fā)生拉裂破壞。垂直裂紋方向不能再承受拉應(yīng)力。而當(dāng)裂紋閉合后，雖然不能承受拉應(yīng)力，但可以承受壓應(yīng)力，因此，土體拉裂破壞計(jì)算分析是一種強(qiáng)非線性問題。為了進(jìn)行有限元分析，對(duì)拉裂破壞作如下假定:(1) 拉裂裂紋發(fā)生在最大拉伸主應(yīng)力的垂直力.向; (2)拉裂后，將使該方向的應(yīng)力變?yōu)榱? (3)裂紋閉合后，該方向仍能承受壓應(yīng)力，但不能承受拉應(yīng)力。
   
    1.2 巖土體滑動(dòng)面的接觸摩擦模型
   
    滑坡體滑動(dòng)面的約束處理采用硬彈簧和軟彈簧以描述接觸摩擦模型，按受力性質(zhì)滑動(dòng)面可分成固定型、滑動(dòng)型和張開型3種，滑動(dòng)面的約束處理具有很強(qiáng)的非線性特性，需要迭代運(yùn)算閉。初始計(jì)算時(shí)，滑動(dòng)面的切向和法向均采用硬彈簧約束，第一次計(jì)算結(jié)束后，摩擦力 (切向力)達(dá)到最大值的切向彈簧用軟彈簧代替，其余切向彈簧用次軟彈簧代替，并檢驗(yàn)滑動(dòng)面單元屬于上述3種情況中的哪一種。
   
    首先檢驗(yàn)切向彈簧力是否滿足Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，即
 

   
    若土體平衡時(shí)滑動(dòng)面單元 (節(jié)點(diǎn))的切向力 Fr大于可能產(chǎn)生的最大切向力Frmax，則屬于滑動(dòng)型，否則屬于固定型;若法向彈簧力為拉力，則屬于張開型。
   
    其次，開始進(jìn)行迭代計(jì)算時(shí)，對(duì)于固定型，沿切向彈簧方向施加有限元計(jì)算得到的切向力;對(duì)于滑動(dòng)型，則沿切向彈簧方向施加最大切向力Frmax，剩余力在迭代運(yùn)算時(shí)逐步釋放并由其他彈簧承擔(dān)，直至達(dá)到最后的平衡狀態(tài);對(duì)于張開型，其法向采用軟彈簧代替，令法向彈簧剛度為零，施加的切向力考慮為零或者有一定的切向凝聚力。
   
    上述過程通過二次開發(fā)程序自動(dòng)完成，實(shí)際土體滑坡往往屬于滑動(dòng)型的接觸摩擦模型。
   
    2 有限元分析模型
   
    2.1 滑坡體的離散數(shù)值化及有限元計(jì)算模型建立
   
    離散數(shù)值化就是以滑體主滑動(dòng)方向?yàn)閤軸，以垂直于滑動(dòng)方向?yàn)?Y軸建立一套相對(duì)坐標(biāo)系，將滑坡區(qū)域平面地形圖劃分成給定間跟的平面網(wǎng)格。從平面地形網(wǎng)格圖上取出平行于 X軸的鉛垂剖面，剖面上各網(wǎng)格點(diǎn)平面坐標(biāo)和地面高程已知，地面高程和滑動(dòng)面高程之差就為滑體厚度。劃分網(wǎng)格時(shí)將現(xiàn)有的地質(zhì)鉆孔點(diǎn)置于坐標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)上，由地質(zhì)勘探資料確定各鉆孔處的滑動(dòng)面高程，通過 X方向和Y方向線形內(nèi)插方法確定其他各網(wǎng)格點(diǎn)的滑動(dòng)面高程。
   
    為了進(jìn)行滑坡應(yīng)力應(yīng)變和穩(wěn)定性分析，需要建立平行于主滑動(dòng)帶方向的二維剖面有限元分析模型。為了減小建模工作量，通過編制的二次開發(fā)程序，將滑坡體數(shù)值離散化的地面高程、滑動(dòng)面高程、網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)等數(shù)據(jù)寫人COSMOS/M建模命令流文件，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模。每個(gè)斷面的命令流首先以計(jì)算剖面上各地面網(wǎng)格點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面網(wǎng)格點(diǎn)形成一封閉曲線后生成一平面，按照給定的單元邊長(zhǎng)對(duì)該平面自動(dòng)劃分三角形單元。