近年来,基于局部作用原理的元胞自动机理论受到广泛关注。它将结构的整体分析变成局部分析,利用结构的自组织平衡特性,通过力的局域间的不平衡传递使结构达到最终的整体平衡。结合有限元,将元胞自动机应用于边坡稳定性分析,弥补极限平衡法只能假定土体为刚塑性体的不足,同时兼有极限平衡法、极限分析法等方法物理概念清晰,计算简便的优点,且不需像其他数值计算(如ANSYS)形成整体刚度矩阵而避免计算内存占用量大、边坡失稳临界状态引起的整体刚度矩阵奇异性、计算不收敛等问题。本文依托于国家杰出青年资金(项目批准号:50625824),主要研究工作如下:1、基于元胞自动机的局部作用原理,充分利用受力(包括边界条件等)结构的自组织平衡特性,结合弹性有限元基本概念,编制元胞有限元程序和基于MATLAB图形用户界面功能包的元胞自动机有限元用户界面,包括常见的前处理、求解、后处理等模块,以实现参数输入、边界条件加载、计算求解、应力云图查看等功能。2、应用黄金分割法对边坡滑面圆弧的圆心和滑出点坐标进行搜索,改进传统的圆弧搜索法,提出“平行空间”概念,即将计算域离散成规整的矩形空间,用平行矩阵表示,该平行矩阵的每个元素代表着落在其空间位置的单元号。根据滑面离散点坐标通过该“平行矩阵”找到所属单元,方便计算该点处的应力值。3、将元胞有限元程序及自编用户界面应用于边坡稳定性分析领域。应用元胞有限元计算得到边坡位移、应力场,结合改进的圆弧滑面搜索法,寻找最危险滑面,并得到相应的安全系数和滑面实际应力分布。开发元胞有限元边坡稳定性分析界面,通过输入计算参数和控制计算精度,查看安全系数、滑面位置及滑面应力分布情况。4、利用自编的元胞有限元边坡稳定性分析程序,分析不同物理参数(弹性模量、泊松比、粘聚力、摩擦角等)和边坡滑面、安全系数的关系,并和简化Bishop法进行对比验证。