副標題#e#    0 引言
   
    滑坡失穩(wěn)災害對道路工程建設和正常運營都會造成重大經濟損失，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力 一應變特性，因此，滑坡巖土體失穩(wěn)時，不能求解其內部各處應力和變形的分布規(guī)律。
   
    應用有限元法可以計算滑坡體內部應力，并直接求解滑動面上的法向應力和切向應力，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，當拉應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力。而當裂紋閉合后，雖然不能承受拉應力，但可以承受壓應力，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)生在最大拉伸主應力的垂直力.向; (2)拉裂后，將使該方向的應力變?yōu)榱? (3)裂紋閉合后，該方向仍能承受壓應力，但不能承受拉應力。
   
    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，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系，將滑坡區(qū)域平面地形圖劃分成給定間跟的平面網格。從平面地形網格圖上取出平行于 X軸的鉛垂剖面，剖面上各網格點平面坐標和地面高程已知，地面高程和滑動面高程之差就為滑體厚度。劃分網格時將現(xiàn)有的地質鉆孔點置于坐標網格點上，由地質勘探資料確定各鉆孔處的滑動面高程，通過 X方向和Y方向線形內插方法確定其他各網格點的滑動面高程。
   
    為了進行滑坡應力應變和穩(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、網格點坐標等數(shù)據寫人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格點和對應的滑動面網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。