副標(biāo)題#e#    0 引言
   
    滑坡失穩(wěn)災(zāi)害對道路工程建設(shè)和正常運營都會造成重大經(jīng)濟損失，長期以來受到科技工作者和工程師的重視，并發(fā)展出多種分析和評價滑坡穩(wěn)定性的方法，如楔體法、Fellcnius法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern和Price法、Spencer法以及對數(shù)螺旋法等，這些方法目前仍然是工程計算中解決實際問題的基本方法。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，不能求解其內(nèi)部各處應(yīng)力和變形的分布規(guī)律。
   
    應(yīng)用有限元法可以計算滑坡體內(nèi)部應(yīng)力，并直接求解滑動面上的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力，進一步計算邊坡穩(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段滑坡為實例采用有限元分析軟件 COSMOS/M進行分析計算，建立一套切合工程實際的滑坡穩(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
   
    土體材料抗拉強度很低，當(dāng)拉應(yīng)力超過其抗拉強度時，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，土體拉裂破壞計算分析是一種強非線性問題。為了進行有限元分析，對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 巖土體滑動面的接觸摩擦模型
   
    滑坡體滑動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)滑動面可分成固定型、滑動型和張開型3種，滑動面的約束處理具有很強的非線性特性，需要迭代運算閉。初始計算時，滑動面的切向和法向均采用硬彈簧約束，第一次計算結(jié)束后，摩擦力 (切向力)達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，并檢驗滑動面單元屬于上述3種情況中的哪一種。
   
    首先檢驗切向彈簧力是否滿足Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，即
 

   
    若土體平衡時滑動面單元 (節(jié)點)的切向力 Fr大于可能產(chǎn)生的最大切向力Frmax，則屬于滑動型，否則屬于固定型;若法向彈簧力為拉力，則屬于張開型。
   
    其次，開始進行迭代計算時，對于固定型，沿切向彈簧方向施加有限元計算得到的切向力;對于滑動型，則沿切向彈簧方向施加最大切向力Frmax，剩余力在迭代運算時逐步釋放并由其他彈簧承擔(dān)，直至達到最后的平衡狀態(tài);對于張開型，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)程序自動完成，實際土體滑坡往往屬于滑動型的接觸摩擦模型。
   
    2 有限元分析模型
   
    2.1 滑坡體的離散數(shù)值化及有限元計算模型建立
   
    離散數(shù)值化就是以滑體主滑動方向為x軸，以垂直于滑動方向為 Y軸建立一套相對坐標(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)格點平面坐標(biāo)和地面高程已知，地面高程和滑動面高程之差就為滑體厚度。劃分網(wǎng)格時將現(xiàn)有的地質(zhì)鉆孔點置于坐標(biāo)網(wǎng)格點上，由地質(zhì)勘探資料確定各鉆孔處的滑動面高程，通過 X方向和Y方向線形內(nèi)插方法確定其他各網(wǎng)格點的滑動面高程。
   
    為了進行滑坡應(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、滑動面高程、網(wǎng)格點坐標(biāo)等數(shù)據(jù)寫人COSMOS/M建模命令流文件，從而實現(xiàn)自動建模。每個斷面的命令流首先以計算剖面上各地面網(wǎng)格點和對應(yīng)的滑動面網(wǎng)格點形成一封閉曲線后生成一平面，按照給定的單元邊長對該平面自動劃分三角形單元。