道路滑坡稳定性分析有限元方法研究

    2.2 滑体边界条件处理
   
    滑坡体有限元分析涉及到滑坡体和滑床之间的滑动接触问题，接触面上各节点的位移不连续，有限元分析中难以模拟滑动摩擦情况，为此，对每个剖面进行有限元分析时，通过二次开发程序在滑动面每个节点上施加切向和法向2个弹簧单元，切向弹簧应力模拟该点剪应力，法向弹簧应力模拟该点正应力。弹簧单元一端与节点相连，另一端位移和转动自由度全部施加约束，通过弹簧单元的位移大小可较好地模拟滑坡体和滑床之间相对滑动趋势。
   
    3 滑坡稳定安全系数计算分析原理
   
    众所周知，各种土坡稳定性分析均建立在极限平衡概念的基础上。首先假定一个任意复杂的曲面形式破坏面，在极限平衡状态下，稳定系数为抗滑力与滑动力的比值，即
   

    斜率大的破坏面上，有限元计算得到的节点(单元)切向力要比可能产生的最大切向力(cli+Fni tanφ)要大，与实际不符，需将所有的切向弹簧用软弹簧代替并加上相应的切向力。对于没有达到最大切向力的弹簧，施加有限元计算得到切向弹簧力;对于大于最大切向力的弹簧，则施加最大切向力，重新进行有限元分析和迭代运算。大于最大切向力的弹簧力逐步释放，剩余力由其他弹簧承担，直至达到收敛的平衡状态，最终计算稳定系数。
   
    4 算例分析
   
    沪蓉国道湖北省宜昌至恩施高速公路高坪一吉心段存在4个潜在滑坡，并且施工便道开挖改变了滑坡体原有的自然平衡状态，对工程施工与安全运营存在着安全与质量隐患，本文利用COSMOS/M有限元分析程序对该段最大的4#滑坡体进行了稳定性分析。
   
    4.1 滑坡体概况
   
    该区域出露的地层主要为三叠系中统巴东组中段，岩性为紫红色泥质粉砂岩、泥岩，为滑坡区主要分布地层。研究区内地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。
   
    4#滑坡位于K177+900-K178+000段，滑坡后缘为粉砂质泥岩和粉砂岩出露的陡坡，前缘为坡度较大的斜坡陡坎，后缘高程705一765m，前缘高程650-655m。主滑动方向220°，平均宽度 140m，纵长 170 m，平均厚22m。钻孔控制范围内滑坡滑移带埋深17.05-30.30m，滑带土以粘性土夹少许碎石为主，遇水后强度降低幅度大，滑带土厚度0.10-0.30m。
   
    4.2 滑坡体有限元模型的计算剖面和计算参数
   
    对滑坡体按照 X、Y方向以5m间距进行网格划分后，确定各网格点的平面相对坐标，选取滑坡体主滑动面及其左右两侧共 6个控制滑动面作为计算剖面，取计算剖面厚度不为0的有效区域进行有限元网格划分。有限元分析计算参数和滑动面如表1所示。