再贴一个：The limits of limit equilibrium analyses

limestone

这是GEO-SLOPE的专家写的文章，发表在加拿大岩土工程杂志上。

limestone

说到极限平衡法和有限元法，我想谈谈自己的看法：
1、极限平衡法和有限元参数折减法求安全系数的出发点都是一样的：统一的安全系数，延性材料（理想弹塑性材料），对应的是破坏时的应力状态，而不是真实的应力状态。因为他们都是采用Bishop安全系数的定义：可用剪切强度/坡体达到临界极限平衡状态时所需的强度。从这一点上说，在一般情况下两者求得的安全系数并无太大区别。

2、极限平衡法的优点是简单，经过大量工程实践的检验（有人说过，尽管它的理论基础是不完备的，但是其结果是符合实际的，简直是个谜）。缺点是理论基础是不完善，需要假定滑面（搜索滑面也一样，只不过算一系列，求fs最小的那个）。有限元的优点是不需要事先假定滑面，不需假定条间力，通过静力平衡，应力-应变关系和位移边界条件求得应力场。缺点是复杂，当然如果软件开发人员的心血不算在内，有限元还是比较简单的。毕竟极限平衡法谁都可以自己编程，甚至可以手算。

3、有限元的优势在于变形。一般情况下极限平衡法和有限元参数折减法可以通用，是因为一般情况下边坡的破坏是自重作用下的长期问题/排水问题，强度与变形无关，所以我们不关心它的变形，只关心强度，只用简单的理想弹塑性本构关系（刚开始也有用线弹性模型加上强度参数求的，lem隐含的是刚塑性本构关系）就能求得fs。涉及到强度与变形有关的稳定性问题，极限平衡法是解决不了的，如脆性材料的渐进破坏问题，因为破坏时土体的强度不是同时发挥的；土-结构耦合问题，软硬材料相间的问题，这涉及到应变相容，因为系统破坏时，刚度大的材料在小变形时先破坏失效，而较软的材料在小变形时还没有发挥全部强度，强度也不是统一发挥的。第三类是土-水相互作用问题，如部分排水问题（不排水问题lem也可以用总应力法求得，因为加荷引起孔隙水压力包含在总应力强度里了），液化问题，因为有水在里面，而水是几乎不可
压缩的，若加荷过程中水的流动受到限制，必定产生超孔隙水压力。孔隙水压力的产生和消散除了与土体的渗透性，排水条件等渗流因素有关外，很大程度上决定于土体的变形特性，如剪胀剪缩。这个时候，就不是简单的理想弹塑性本构关系可以解决得了的，必须引入更能反映土体加荷过程复杂属性的本构模型。这就增加了问题的复杂性，问题的关键不在于模拟，而在于对土体力学行为的数学描述及其参数的确定，所以实验及提出模型比数值模拟本身更有意义，更容易出成果。

4、有限元的另一个优点是可以求得当前的工作应力状态，了解土体的破坏是怎么从局部屈服发展到整体失稳的。前面说到极限平衡法和有限元参数折减法对应的是破坏时的应力状态。除非是斜坡已经破坏，斜坡在当前大多处于稳定状态。工作应力状态下，土体并不是同时发挥同样比例抗剪强度。如在应力集中的区域土体已完全屈服，抗剪强度得到100%的发挥（表现为局部安全系数为1），而其他有些地方fs要远远大于1。GEO-SLOPE采用的这种通过求局部fs（抗减强度/减应力）得到整体平均fs的思想，也许比参数折减法更有意义，因为它反映的是斜坡真实的应力状态。新的问题出来了，这种平均的fs从概念是已经和传统的fs概念完全不一样了，它反映是什么一种东西？fs最小的圆弧面（均质）是真正的破坏面吗？

5、土体的强度与其应力历史，应力路径是相关的。极限平衡法并不能考虑这个。通过数值的方法求得坡体的整个加荷的过程、历史，以模拟其变形、破坏机理，是一种趋势。

6、总而言之，一般情况下，极限平衡法和有限元参数折减法求安全系数是一样的，后者并无特殊之处。当前各种计算方法算得的安全系数差别不大，安全系数的主要误差来源不是计算方法，而是斜坡的几何参数、物质边界条件、孔隙水压力、容重以及剪切强度参数。各种计算方法的计算精度已满足工程实践的要求。

wgao

楼主说的很好, 加分鼓励

limestone

谢谢你的鼓励！
其实这些是我个人的总结和认识，肯定有错误和曲解的地方，我希望能有人指出。各人的思维和经验不一样，与其自己在那里冥思苦想，不如拿出来和大家讨论，因为同一个问题从不同的角度去思考，也许会产生不同的结果，这也可以提高自己对问题的认识。

xuguo1998

呵呵,俺有一些不同的看法,首先,按照楼主的看法,有限单元法的一个优势是能够求出滑坡体的应力状态,但其实,任何地质体的初始应力目前尚没有一个好的解决办法,否则地震的预报就准确多了.其次,采用强度折减也是一种加载,也会引起变形和应力重分布,但这种应力状态和实际的应力状态根本不是一回事,这与极限方法没有很大的区别.第三,破坏的定义不明确,是不收敛,还是贯通的塑性区,这点与极限法有很大的差距.
如果一定要研究有限单元法,首先要明确:有限单元法的长处是材料对荷载的响应,那么就需要对引起边坡失稳的因素将其用荷载来反映,这样的应力也才是可信的.另外,要将折减的范围限定于可能发生滑动的区域,这样一来才能保证应力的可信.
最后,俺必须指出的是,目前采用有限单元法分析边坡稳定的主力都是高校和研究机构,是想使边坡的分析三维化,同时得到花花绿绿的等值线,呵呵.

limestone

xuguo1998老兄所言极是，特别是“有限单元法的长处是材料对荷载的响应,那么就需要对引起边坡失稳的因素将其用荷载来反映,这样的应力也才是可信的”。
“另外,要将折减的范围限定于可能发生滑动的区域,这样一来才能保证应力的可信.”，能否讲具体点？

xuguo1998

呵呵，limestone老兄，希望多与你交流啊！
俺以前在使用强度折减方法时，总是将潜在的滑动区域单独建成一个part，然后只折减这部分的强度，减小折减对应力分布和锚索等结构的的影响。俺使用的软件包是abaqus.

limestone

哦，是这样啊，没用过abaqus没做过土结构耦合，改天学习了再向你请教。看了你的那个算例，你也做过水库滑坡吗？

showhand22

limestone老兄:
    这个文件怎么打开啊？多谢分享！

Fle_Flo

原帖由 showhand22 于 2007-1-26 16:13 发表
limestone老兄:
    这个文件怎么打开啊？多谢分享！

rar格式的，呵呵。
没有文件名后缀的附件，
害得俺pdf之类的乱试。

lsy75_2000

好久没来了，积分都没有了啊，晕啊！以后要经常上来了！

Lyhn

好！！！！！！！！！