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(一)定義安全系數(shù)。
有限元極限分析法可以準確定義安全系數(shù)，并且根據(jù)巖土工程破壞程度進行調(diào)整。在滑坡工程中，巖土受環(huán)境因素的影響較大，在強度下降的情況下，會導致滑坡失去穩(wěn)定性。而這種工程使用強度貯備系數(shù)進行計算，也可以通過降低巖土強度實現(xiàn)破壞，完成有限元的計算。在計算的過程中，強度下降倍數(shù)即是強度貯備系數(shù)，因為有限元極限分析法具有這種特征，又可稱其為強度折減分析法。在巖土工程中，使用有限元分析法計算安全系數(shù)，主要計算內(nèi)容就是強度貯備系數(shù)。例如在計算地基工程安全系數(shù)時，由于地基荷載增大，導致地基壓力過大，使地基失穩(wěn)，在這種環(huán)境中，荷載增大倍數(shù)又稱為超載安全系數(shù)，也可以成為增量加載數(shù)值。采取該方法進行求解，得出的安全系數(shù)結果均為超載系數(shù)，而采取不同定義的安全系數(shù)計算方法，最終計算的系數(shù)結果也有較大差別，而采取同一定義計算出的推力，也會存在一些變化。
(二)有限元分析原理。
在對有限元進行計算時，需要不斷降低滑坡巖土抗剪強度，直到滑坡結構發(fā)生破壞。在通過有限元程序完成計算后，可以獲得已經(jīng)破壞的滑動面，并且通過破壞時間獲得強度貯備系數(shù)。由于正常的巖土材料包含兩種強度，分別為c、tanφ，而這兩種指標統(tǒng)一使用強度貯備系數(shù)，所以在指標下降時，應維持同比例下降，但是現(xiàn)實中的巖土卻非這種下降模式，這也是目前強度貯備系數(shù)存在的一些不足。在巖土工程施工的過程中，巖土破壞呈現(xiàn)出逐進式的破壞，而巖土體從線彈性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤鲃樱罱K導致巖土體承受能力到達極限，發(fā)生破壞。而增量加載情況正是求出地基極限承載力的重要方法，在荷載量不斷增長的過程中，巖土體從彈性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄裕罱K轉(zhuǎn)變?yōu)闃O限破壞形態(tài)，在這個過程中添加的荷載，即為需要計算的極限荷載。通過該方法，可以準確計算出巖土工程的極限荷載，所以該方法又被稱為有限元超載法。
(三)有限元分析法的優(yōu)勢。
使用有限元分析法，可以繼承數(shù)值分析與經(jīng)典分析兩種方法的優(yōu)勢，可以發(fā)揮出數(shù)值分析的高度適應性，也可以發(fā)揮出經(jīng)典分析在巖土工程設計上的實用性，非常適合在巖土工程中進行應用。使用有限元分析方法，可以無需確定滑面位置與形狀，直接計算出準確的邊坡安全系數(shù)，而且也不需要通過條分進行計算，可以直接根據(jù)程序計算出強度貯備與滑面的系數(shù)。在使用有限元計算地基承載力時，可以通過超載法進行計算，無需假設破壞位置，也無需使用理論解答，通過程序即可處理數(shù)據(jù)，并且給出相應的滑面極限承載力。該方法適用于各種復雜的巖土工程，不會受到幾何形狀、材料不均等的問題影響。
二、連續(xù)問題離散
使用三節(jié)點三角形進行剖分研究，可以發(fā)現(xiàn)單元間會呈現(xiàn)出不連續(xù)的應力面，具體情況見圖一。該單元的優(yōu)點就是，在節(jié)點變量符合屈服準則，則單元內(nèi)部可以直接按照滿足屈服準則進行計算，而且可以加強應力面的自由度，從根本上解決低插值缺陷.
三、有限元極限分析法的應用
在計算滑坡強度折減數(shù)據(jù)時，可以通過該方法進行計算。假設有一均質(zhì)突破，高為20m，粘聚力為41kPa，土容重γ=22kNPm3，內(nèi)角度為18°，要求使用有限元極限分析法計算角度在β°(30、35、40、45、50)時的邊坡安全系數(shù)與滑動面。通過ANSYS5．72進行計算，并且制作出有限元模型，采取兩側水平約束方法作為邊界條件，設上部自由，下部固定。將其與傳統(tǒng)方法進行對比，可以發(fā)現(xiàn)有限元極限分析法的計算準確率更加準確，尤其是強度折減系數(shù)的計算，準確率有較大提升。在計算平面應變時，使用莫爾－庫侖屈服準則，并且配合非關聯(lián)流動法則，可以看出最終計算結構與傳統(tǒng)方法的計算結果的誤差僅為5%，使用有限元極限分析方法，其準確率可以超過傳統(tǒng)分析方法的30%左右。
四、結束語
在使用有限元極限分析法時，無需使用假定破壞即可完成計算。結合網(wǎng)格適應模式，可以自動計算出結構破壞形式，使計算精度得到有效提升。根據(jù)理想塑性理論，在建設模型時，可以通過塑性與剛性共同組成，而計算極限荷載誤差時，主要以塑性區(qū)進行計算，這種方法與位移有限元分析法不同，可以滿足極限網(wǎng)格細化要求。通過有限元極限分析法，可以提高巖土工程安全系數(shù)的計算準確率，為工程施工建設提供可靠保障。
作者：熊建良 單位：四川省蜀通巖土工程公司