岩土数值极限分析方法的发展与应用_郑颖人

岩土领域的常青树---郑颖人院士（全文转载）记著名岩土工程专家、中国工程院院士、解放军后勤工程学院郑颖人教授内容摘要: 郑颖人，我国著名岩土工程专家、中国工程院院士、解放军后勤工程学院教授。

2004年，郑颖人和他的学生首创性地应用有限元强度折减法革新了隧洞设计计算方法，有力地推动隧洞设计水平再上新台阶。

以郑颖人为带头人的“岩土本构关系和军事地下工程稳定性”学术团队郑颖人院士在兰成渝输油管道重庆末站现场指导地基处理（左三为郑颖人）指导学生做实验人物小传郑颖人，浙江镇海人，1933年1月出生，1951年入伍，岩土工程与地下工程专家，现为解放军后勤工程学院专业技术1级教授、博士生导师，中国工程院院士，重庆市地质灾害防治工程技术研究中心主任，兼任空军工程技术顾问，中国岩石力学与工程学会、中国土木工程学会隧道与地下工程分会及防护工程分会、中国力学学会岩土力学专业委员会等顾问，重庆市科协副主席、重庆市土木工程学会名誉理事长等多种学术职务。

主编与参编国标、军标与地方标准10部，发表论文400余篇，出版专著10部。

先后获国家科技进步二、三等奖各1项，国家科技大会奖1项，军队和部委级科技进步一、二等奖9项。

培养博士、硕士研究生近百名。

3次被评为全军优秀教师，获总后勤部“一代名师”“重庆直辖十年建设功臣”“新中国成立60周年重庆杰出贡献英模”等荣誉称号，并获国土资源部全国地质灾害防治科技进步特别贡献奖。

郑颖人，我国著名岩土工程专家、中国工程院院士、解放军后勤工程学院教授。

曾经一度有些专家断言：“岩土是门经验科学，没有多少理论。

”但郑颖人不信邪。

他一生孜孜不倦、执着追求、大胆探索、严谨治学，为发展和完善岩土力学理论，辛勤耕耘半个多世纪，在岩土塑性力学基础理论、岩土数值极限分析方法与地下工程弹塑性与粘弹塑性理论方面硕果累累，为军内外解决了军事与城市地下工程、地质灾害防治工程、特殊土及其地基处理等军民两用工程一些重大技术难题！如今，年近八旬的郑老依然在岩土工程领域奋斗不息，他对记者说：“兴趣支撑着我走过这么多年，人老了，志趣不减，很多年轻人还叫我…长青树‟。

第23卷第19期岩石力学与工程学报23(19)：3381～3388 2004年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2004有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用郑颖人赵尚毅(后勤工程学院土木工程系重庆 400041)摘要通过有限元强度折减，使边坡达到破坏状态时，滑动面上的位移将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动，有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力-应变关系和强度准则的解，此时不管是从力的收敛标准，还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛，因此采用力和位移的收敛标准作为边坡破坏的判据是合理的。

对有限元强度折减法的计算精度和影响因素进行了详细分析，包括屈服准则、流动法则、有限元模型本身以及计算参数对安全系数计算精度的影响，并给出了提高计算精度的具体措施。

研究表明：采用徐干成、郑颖人(1990年)提出的摩尔-库仑等面积圆屈服准则求得的稳定安全系数与传统Spencer法的误差在5%左右，证实了其实用于工程的可行性。

在平面应变条件下则可采用摩尔匹配DP准则。

该文还将此法应用于岩质边坡的稳定分析，得到了岩质边坡的滑动面和安全系数，开创了求节理岩质边坡滑动面与稳定安全系数的先例。

关键词边坡稳定分析，有限元强度折减法，摩尔-库仑等面积圆屈服准则，精度分析，节理岩质边坡分类号 O 319.56 文献标识码 A 文章编号1000-6915(2004)19-3381-08APPLICATION OF STRENGTH REDUCTION FEMIN SOIL AND ROCK SLOPEZheng Yingren，Zhao Shangyi(Department of Civil Engineering，Logistical Engineering University， Chongqing 400041 China)Abstract With the c-tanϕ reduction，the FEM model of slope reaches instability，and the value of the nodal displacement just after slope failure has a big jump compared with that before failure. This actually means that no stress distribution can be achieved to satisfy both the yield criterion and global equilibrium. Slope failure and numerical non-convergence take place at the same time. So non-convergence in finite element program can be taken as a suitable evaluation criterion of slope failure. The influence on safety factor precision of different yield criterions，flow rule，FEM itself is thoroughly analyzed. At the same time some measures to improve the precision are put forward. A cone characterizes the Mohr-Coulomb surface in three-dimensional stress space with the vertices in deviatoric cross section. It brings difficulty to numerical analysis. For convenience this surface can be replaced by a smooth surface yield criterion，Mohr-Coulomb equivalent area circle DP yield criterion，which was proposed by professor Xu Gancheng and Zheng Yingren in 1990. The results show that the average error of safety factors obtained by FEM with Mohr-Coulomb equivalent area circle DP yield criterion and by Spencer method is about 5%. The average error of safety factor obtained by FEM with the plane strain Mohr-Coulomb matching DP yield criterion and by Spencer method is about 2%. The strength reduction FEM can also be used in the jointed rock slope. Through a series of case studies，the applicability of the proposed method is clearly exhibited.Key words slope stability analysis，strength reduction FEM，Mohr-Coulomb equivalent area circle yield criterions，error analysis，jointed rock slope2004年3月27日收到来稿，2004年5月7日收到修改稿。

黄文熙讲座岩土塑性力学的新进展———广义塑性力学New development of geotechnical plastic mechanics—generalized plastic me chanics郑颖人(后勤工程学院军事土木工程系,重庆　400041)摘　要:多数岩土工程都处于弹塑性状态,因而岩土塑性在岩土工程的设计中至关重要。

本文首先简要回顾了岩土塑性的发展过程,分析了经典塑性力学用于岩土类材料存在的问题,指出其采用的3个不符合岩土材料变形机制的假设。

放弃这3条假设,从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论,从而将经典塑性力学改造成更一般的塑性力学———广义塑性力学。

广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论,能反映应力路径转折的影响,克服了塑性应变增量方向与应力增量无关的错误;要求屈服面与塑性势面对应,而不要求相等,避免了采用正交流动法则引起过大剪胀等不合理现象,也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。

文中给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力—应变关系,并在应力增量分解的基础上,建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论,从而可求出应力主轴旋转产生的塑性变形。

通过分析屈服面的物理意义,表明屈服条件是状态参数,它与应力状态、应力历史及材性等状态量有关;同时也是试验参数,只能由试验给出。

通过实际应用,表明广义塑性力学不仅可以作为岩土材料的建模理论,而且还可以应用于诸如极限分析等土力学的诸多领域,具有广阔的应用前景。

关键词:岩土塑性力学;广义塑性力学;塑性势;屈服面;本构模型中图分类号:TU41 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2003)01-0001-10作者简介:郑颖人(1933-),男,后勤工程学院教授,博士生导师,中国工程院院士,从事隧道力学、岩土塑性力学、地下工程、边坡工程与区域性土研究,发表论文250篇,专著7部,获国家、部委级科技进步奖7项。

岩土工程测量技术的发展与应用岩土工程是土木工程领域的一个重要分支，它主要研究地球表面的各种岩土体在工程施工过程中的力学性质和变形特性。

而测量技术则是岩土工程中不可或缺的一项基础工作。

本文将从发展历程、技术应用以及未来展望等方面，探讨岩土工程测量技术的发展与应用。

一、发展历程岩土工程测量技术的发展可以追溯到古代文明时期，当时的测量手段主要依靠人工测量和简单的工具，如木尺、水平仪等。

随着科学技术的进步，测量技术也逐渐得到了发展。

19世纪末，光学测量技术的出现，为岩土工程测量带来了革命性的进步。

直线测量仪、水准仪等光学仪器的应用，大大提高了测量的精度和效率。

二、技术应用1. 岩土工程勘测岩土工程的勘测是测量技术的主要应用领域之一。

在项目规划阶段，测量技术可用于测量土地的形状、地势、地形等信息，为工程设计和施工提供依据。

例如，通过激光扫描测量可对地表进行高精度的三维测量，获得地物的详细形状和地貌特征，以及地下水位等信息。

2. 地质灾害监测岩土工程中的地质灾害是一项重要的研究内容。

测量技术在地质灾害监测中发挥关键作用。

通过建立多参数自动监测网络，可以实时监测地质灾害的发生，及时采取应对措施。

例如，采用位移监测仪器可以对滑坡、地震等地质灾害进行监测和预警，提高防灾减灾能力。

3. 地下工程施工监测地下工程是岩土工程中的重要组成部分，如地铁、隧道等。

在地下工程施工中，需要进行高精度的测量以确保施工的质量和安全。

测量技术在地下工程施工监测中起到关键作用。

例如，通过全站仪等仪器对施工过程中的坐标、方位等参数进行精确测量，以确保地下工程的精度和合格。

三、未来展望岩土工程测量技术在科技的推动下，将迎来更广阔的应用前景。

随着激光雷达、卫星定位技术等的不断发展，测量精度将进一步提高，测量结果也将更加准确可靠。

此外，人工智能、大数据等新技术的应用，将使岩土工程测量技术具备更强的自动化和智能化能力，大大提高工作效率。

综上所述，岩土工程测量技术在工程领域中具有重要的地位和作用。

岩土数值极限分析方法的发展与应用一、本文概述随着科学技术的不断进步和工程实践的日益深化，岩土工程的数值极限分析方法在工程安全评估、优化设计以及风险控制等方面发挥着越来越重要的作用。

本文旨在全面概述岩土数值极限分析方法的发展历程、现状以及未来趋势，并深入探讨其在各类岩土工程中的应用。

本文将首先回顾岩土数值极限分析方法的起源与发展，梳理其从早期的简单理论模型到现代复杂数值分析技术的演变过程。

接着，文章将重点介绍当前主流的数值极限分析方法，包括有限元法、有限差分法、离散元法等，并分析它们各自的优缺点和适用范围。

本文还将探讨岩土数值极限分析方法在岩土工程中的应用案例，如边坡稳定性分析、隧道开挖模拟、地下工程安全评估等，以展示其在实际工程中的重要作用。

本文将展望岩土数值极限分析方法的未来发展趋势，包括技术创新、方法优化、多学科交叉融合等方面，以期为相关领域的研究人员和实践工作者提供有益的参考和启示。

通过本文的阐述，希望能够推动岩土数值极限分析方法在岩土工程领域的进一步发展与应用。

二、岩土数值极限分析方法的发展历程岩土数值极限分析方法的发展历程可以追溯到20世纪中期，随着计算机技术的飞速发展和数值计算方法的不断创新，岩土数值极限分析逐渐成为一种重要的研究手段。

其发展过程大致可以分为以下几个阶段：初期探索阶段：在20世纪50至60年代，研究者开始尝试运用数值方法对岩土体的极限状态进行分析。

当时主要采用有限元法等基本的数值计算方法，对岩土体的应力、应变和位移等进行了初步的探索。

这一阶段的研究虽然较为基础，但为后续的发展奠定了坚实的基础。

方法发展阶段：随着计算机技术的不断进步和数值计算方法的日益成熟，岩土数值极限分析方法在20世纪70至80年代得到了快速发展。

研究者开始尝试运用更加复杂和精确的数值方法，如离散元法、边界元法、有限差分法等，对岩土体的力学特性、破坏模式和极限承载能力等进行了深入的研究。

这些方法的出现极大地丰富了岩土数值极限分析的手段，提高了分析的准确性和可靠性。

岩土工程专家介绍NO.1 太沙基全名：Karl Terzaghi简介：太沙基（1883～1963）,美籍奥地利土力学家，现代土力学的创始人。

1883年10月2日生于布拉格（当时属奥地利）。

1904年和1912年先后获得格拉茨（Graz）工业大学的学士和博士学位。

先后在麻省理工学院、维也纳高等工业学院和英国伦敦帝国学院任教。

最后长期在美国哈佛大学任教。

代表作：《建立在土的物理学基础的土力学》（1925）、《理论土力学》和《实用土力学》（1948 年）早期太沙基从事广泛的工程地质和岩土工程的实践工作，接触到大量的土力学问题。

后期转入教学岗位，从事土力学的教学和研究工作，并着手建立现代土力学。

1923年太沙基发表了渗透固结理论，第一次科学地研究土体的固结过程，同时提出了土力学的一个基本原理，即有效应力原理。

1925年，他发表的世界上第一本土力学专著《建立在土的物理学基础的土力学》被公认为是进入现代土力学时代的标志。

随后发表的《理论土力学》和《实用土力学》（中译名）全面总结和发展了土力学的原理和应用经验，至今仍为工程界的重要参考文献。

他所发表的近300种著作中，有许多是和水利工程有关的。

NO.2 库仑全名：Charles Augustin de Coulomb简介：库伦1736 年6月14日生于法国Angoul ，1806年8月23日卒于法国巴黎。

库仑对土木工程（结构、水力学、岩土工程）以及自然科学和物理学（包括力学、电学和磁学）等都有重要的贡献，如物理学中著名的库仑定律就是他提出的。

1774 年当选为法国科学院院士。

代表作：库仑土压力理论（1776）在巴黎期间，Coulomb 为许多建筑的设计和施工提供了帮助，而工程中遇到的问题促使了他对土的研究。

1773 年，Coulomb 向法兰西科学院提交了论文“最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用”，文中研究了土的抗剪强度，并提出了土的抗剪强度准则（即库仑定律），还对挡土结构上的土压力的确定进行了系统研究，首次提出了主动土压力和被动土压力的概念及其计算方法（即库仑土压理论）。

第26卷第2期 岩 土 力 学 V ol.26 No.2 2005年2月 Rock and Soil Mechanics Feb. 2005收稿日期：2004-08-02 修改稿收到日期：2004-08-02作者简介：赵尚毅：男，1969年生，博士，从事岩土工程稳定性极其数值分析研究。

E-mail:********************文章编号：1000－7598－(2005) 02－0332－05极限分析有限元法讲座——Ⅱ有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨赵尚毅1，郑颖人1 ，张玉芳2（1.后勤工程学院 土木工程系，重庆 400041；2.铁科院深圳铁科岩土工程公司，广东 深圳 518034）摘 要：边坡失稳，滑体滑出，滑体由稳定静止状态变为运动状态，同时产生很大的且无限发展的位移，这就是边坡破坏的特征。

有限元中通过强度折减使边坡达到极限破坏状态，滑动面上的位移和塑性应变将产生突变，且此位移和塑性应变的大小不再是一个定值，有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力-应变关系和强度准则的解，此时，不管是从力的收敛标准，还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛。

塑性区从坡脚到坡顶贯通并不一定意味着边坡破坏，塑性区贯通是破坏的必要条件，但不是充分条件，还要看是否产生很大的且无限发展的塑性变形和位移，有限元计算中表现为塑性应变和位移产生突变。

在突变前计算收敛，突变之后计算不收敛，表征滑面上土体无限流动，因此可把有限元静力平衡方程组是否有解，有限元计算是否收敛作为边坡破坏的依据。

- 关 键 词：边坡稳定分析；有限元强度折减法; 失稳判据 中图分类号：O 319.56 文献标识码：AStudy on slope failure criterion in strength reduction finite element methodZHAO Shang-yi 1, ZHENG Ying-ren 1, ZHANG Yu-fang 2(1 Department of Civil Engineering, Logistical Engineering University, Chongqing 400041, China ；2 Shenzhen TieKe Geotechnical Engineering Co. Ltd., Shenzhen 518034, China)Abstract: Slope collapse and the slide body come into moving state from stable static state simultaneously, and are accompanied by a dramatic increase in displacement of slide body. Furthermore, the displacement is not a definite value, but an infinite increase. This is the definition of overall collapse of a slope. In finite element model, the slope reaches instability with the strength reduction, value of the nodal displacement just after slope failure has a sudden change compared to the one before failure. This actually means that no stress distribution can be achieved to satisfy both the yield criterion and global equilibrium. Slope failure and numerical non-convergence take place at the same time. An element stress reaching the yield criterion state not always means that infinite “plastic flow” occurred. It is determined by boundary condition. The plastic zone developed from slope toe to top not means the overall collapse occurred. On the other hand, the distribution of plastic zone was influenced by many factors such as Poisson's ratio, flow rule, etc. So non-convergence in finite element program can be taken as a suitable evaluating criterion of slope failure. Through a series of case studies, the applicability of the proposed method was clearly exhibited. Key words: slope stability analysis; strength reduction FEM; criterion of slope failure1 引 言随着计算机软硬件及非线性弹塑性有限元计算技术的发展，采用理论体系更为严密的有限元法分析边坡的稳定性已经成为可能。

岩土工程极限分析有限元法及其应用摘要：通过研究分析发现，将工程结构离散化是极限分析有限元法的核心内容，简单地说实际的工程结构是通过想象进行离散一定数量的规则单元组合体，然后分析这些组合，结果应用于实际的结构中，通过这种实践在一定程度上解决了工程建设过程中的问题。

因此，本文笔者将详细对极限分析有限元法进行分析阐述。

关键字：岩土工程；极限分析有限元法；应用引言自上世纪初，岩土工程的极限分析方法（包括极限平衡法、滑移线场法、上下限分析法）取得了较好进展，在实际工程得到了广泛的应用。

其中一些方法需要一些人工架设，一些方法的解决方案非常有限，这限制了该方法的开发和应用。

其中有限元法数值方法适应力较强且应用广泛，但在工程设计中，不能求出稳定安全系数 F 和极限承载力，从而限制了岩土工程中有限元数值分析方法的运用。

一、经典岩土极限分析法的发展及问题基于力学的极限分析方法，土体处于理想的弹塑性或者刚塑性状态，处于极限平衡状态，即土体滑动面上各点的剪应力与土体的抗剪强度相等或者滑动面上的作用力与抗剪力相等。

极限平衡状态下的土体有两个力学性质：第一是土体处于不稳定的状态，所以它可以作为一个岩土工程破坏失稳的判据；第二是岩土材料强度充分发挥，达到最大经济效益，因此，在岩土工程中常把土体极限平衡作为设计依据。

有两种方法可以将地基或土坡引入极限状态：一是增量加载，如地基的极限承载力；二是强度折减，如土坡的稳定安全系数。

经典极限分析方法普遍应用于均质材料。

极限状态的设计计算仅参考破坏条件及屈服条件，不需要参考岩土复杂的本构关系，从而大大简化了岩土工程的设计计算。

极限状态计算应满足以下条件：（1）屈服条件或者破坏条件。

（2）静力平衡条件和力的边界条件。

（3）应变、位移协调条件和位移边界条件。

目前主要采用以下4种经典极限分析法：上、下限分析法、滑移线场法、变分法与极限平衡法。

每种都具有各自的特点，但还有一些需作假定，如上限法、滑移线场法、极限平衡法等都需对临界滑动面作假定，不适用于非均质材料，特别是岩石工程强度的不均性，从而限制了极限分析法的应用，这正是极限分析法在经典岩土工程的缺陷。

扎根岩土的常青树--郑颖人院士(四)
佚名
【期刊名称】《岩石力学与工程学报》
【年(卷),期】2013(32)7
【摘要】1933年，郑颖人院士出生在浙江省宁波市的一个江南水乡。

他的童年正值抗战时期，那是战火弥漫的年代，他几次辗转逃难，几次辍学，6年小学只读了4年，幸好就读的学校是新四军地下组织控制的学校桑凤湖中学附小，培养了他不少革命思想与爱国情操。

小学毕业恰逢抗战胜利之时，浙东新四军奉命北撤，学校解散，他也辗转到上海求学。

【总页数】2页(PI0003-I0004)
【关键词】院士;岩土;江南水乡;抗战时期;组织控制;宁波市;浙江省;学校
【正文语种】中文
【中图分类】G41
【相关文献】
1.岩土理论是岩土工程发展的基石--访中国工程院郑颖人院士 [J],
2.岩土理论是岩土工程发展的基石访中国工程院郑颖人院士 [J], ;
3.新当选院士郑颖人在岩土界受关注 [J],
4.郑颖人院士来水环地调中心交流访问 [J], 无;
5.祝贺郑颖人院士和何满潮教授等的论文又荣获2008年中国百篇最具有影响国内学术论文 [J], 本刊编辑部
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