周呂

【摘要】假定邊坡由砂土或黏性土組成，通過(guò)強(qiáng)度折減法對(duì)不同土質(zhì)的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，從結(jié)果中判斷滑面形式，為邊坡穩(wěn)定分析方法選取提供參考意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】邊坡；強(qiáng)度折減法；安全系數(shù)

1.緒言

在土木工程中常常會(huì)遇到邊坡問(wèn)題一旦處理不好就會(huì)為工程留下隱患，為此許多學(xué)者提出了各種近似計(jì)算邊坡的方法，為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算提供了切實(shí)可行的手段。時(shí)衛(wèi)民[1]等對(duì)直線型滑面進(jìn)行了深入探討，Bishop，Janbu[2-3]對(duì)圓弧條分法進(jìn)行了深入的研究和完善，趙洪波[4]等對(duì)非圓弧型滑動(dòng)面邊坡穩(wěn)定性分析做了大量分析，鄭穎人[5-6]等對(duì)強(qiáng)度折減法在邊坡穩(wěn)定分析中取得了豐碩的成果。本文已砂土和黏性土兩種土質(zhì)邊坡為例通過(guò)plaxis有限元軟件對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，獲取不同種類土的滑面形式，為邊坡穩(wěn)定性分析提供一定的參考意見(jiàn)。

2.安全系數(shù)求解方法

2.1極限平衡法求解邊坡安全系數(shù)

極限平衡法作為傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定分析方法其基本理論為：假定一種可能的滑動(dòng)面，分析臨界狀態(tài)下，土體內(nèi)部強(qiáng)度與外力之間的平衡，計(jì)算土體在自重作用下的邊坡穩(wěn)定。在該方法上已經(jīng)形成了大量的計(jì)算模式和計(jì)算方法，本文選取兩種常用的模型進(jìn)行計(jì)算，直線型滑面法，和圓弧滑面法，其中圓弧滑面法選用常用的瑞典圓弧條分法進(jìn)行計(jì)算。

2.2強(qiáng)度折減法求解邊坡安全系數(shù)：

強(qiáng)度強(qiáng)度折減法是將土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 用一個(gè)折減系數(shù)F，如式（2.2）和（2.3） 所示的形式進(jìn)行折減，然后用折減后的虛擬抗剪強(qiáng)度指標(biāo) ，取代原來(lái)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 。計(jì)算公式如下所示：

（2.1）

（2.2）

通過(guò)不斷增加折減系數(shù)F，反復(fù)計(jì)算直到邊坡發(fā)生臨界破壞，此時(shí)所得的折減系數(shù)及為安全系數(shù)K。

3.算例

使用plaxis有限元軟件對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行強(qiáng)度折減法分析。選用砂土和黏性土兩種土坡，其它參數(shù)見(jiàn)下表：

表3-1 土坡主要參數(shù)

種類 重度kN/m3 彈性模量kN/m2 泊松比 黏聚力kN/m2 內(nèi)摩擦角

°

砂土 17.0 1.30e4 0.3 0 35.0

黏性土 16.0 1.0e4 0.35 15.0 15.0

3.1有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算結(jié)果

采用plaxis有限元強(qiáng)度折減法分析砂土邊坡破壞面形態(tài)，結(jié)果圖如下所示：

圖3.1.1 強(qiáng)度折減法計(jì)算砂土邊坡云圖

從圖3.1.1可以看出砂土邊坡在強(qiáng)度折減法計(jì)算下，臨界破壞時(shí)，滑動(dòng)面接近直線。

采用plaxis有限元強(qiáng)度折減法分析黏性土邊坡破壞面形態(tài)，結(jié)果圖如下所示：

圖3.1.2 強(qiáng)度折減法計(jì)算黏土邊坡云圖

從圖3.1.2可以看出黏性土邊坡在強(qiáng)度折減法計(jì)算下，臨界破壞面接近圓弧面。

大量觀測(cè)資料表明，對(duì)于黏性土坡而言滑動(dòng)面近似于圓柱面，在橫斷面上近似于圓弧線。對(duì)于砂性土坡而言其滑動(dòng)面接近于平面，在橫斷面上近似接近于直線，算例與實(shí)際情況相符。

4.結(jié)論

1.在邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，可以采用強(qiáng)度折減法對(duì)邊坡滑面形態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.對(duì)于砂土邊坡而言邊坡破壞是滑動(dòng)面接近于一條直線，對(duì)于黏性土邊坡滑動(dòng)面接近于圓弧線，與傳統(tǒng)極限平衡法假定和實(shí)際觀測(cè)資料相符。

參考文獻(xiàn)

[1]時(shí)衛(wèi)民，鄭穎人，張魯渝，鄧衛(wèi)東. 滑移面為直線假設(shè)下的斜坡穩(wěn)定分析[J]. 公路交通技術(shù)，2001，03：1-3.

[2]Bishop A W.1955.The use of the slip circle in the stability analysis of slopes.Geotechnique，1 （1）：7-17

[3]Janbu N.Slope stability computations. Embankment Dam Engineering， Casagrande Memorial Volume . 1973

[4]趙洪波. 邊坡非圓弧潛在滑動(dòng)面全局優(yōu)化的新方法[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，S2：3725-3729.

[5]趙尚毅，鄭穎人，時(shí)衛(wèi)民，王敬林. 用有限元強(qiáng)度折減法求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2002，03：343-346.

[6]鄭穎人，趙尚毅. 有限元強(qiáng)度折減法在土坡與巖坡中的應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，19：3381-3388.