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【摘要】對邊坡穩(wěn)定性的研究通常只考慮自重情況，即邊坡只受重力的作用，但是很多情況下，邊坡還會受到其他荷載作用。如蓄水時，水荷載對壩坡的作用；又如為提高邊坡穩(wěn)定性采用的加預應力錨桿的措施，此時又要考慮錨桿的影響；還有坡頂上的房屋、人群等荷載對邊坡安全穩(wěn)定的影響等。因此，本文采用有限元強度折減法研究在不同外荷載影響下的邊坡穩(wěn)定性。

【關鍵詞】邊坡穩(wěn)定；強度折減法；不同外荷載

1、有限元強度折減法

1975年，Zienkiewicz[1]等首次在有限元數(shù)值分析中提出抗剪強度折減的概念，1996年，Duncan[2]指出邊坡安全系數(shù)可以定義為：邊坡剛好達到臨界破壞狀態(tài)時，對土體剪切強度進行折減的程度，使安全系數(shù)具有了強度儲備系數(shù)的物理意義。

2、邊坡穩(wěn)定性分析算例

本文采用規(guī)范中常用的方法（畢曉普法）對比有限元的強度折減法對各邊坡在不同外荷載作用下的穩(wěn)定性進行分析研究。

1） 不同坡外水位

2）坡面集中力作用

3） 坡頂均布力作用

3、畢曉普法與有限元的強度折減法計算結果對比分析

3.1 不同坡外水位算例結果分析

分別采用規(guī)范中提出的畢肖普法及有限元強度折減法對該算例進行邊坡穩(wěn)定計算，得到不同坡外水位時的安全系數(shù)，見表1，

隨著水深的增大，滑動面向右偏移；隨著水深的增大，塑性區(qū)貫通時的塑性應變也增大。

將兩種方法計算所得的安全系數(shù)隨坡外水位變化的關系曲線繪于圖7中。從圖中可以看出，隨著坡外水位的增大，各方法安全系數(shù)均呈非線性增長。其中，規(guī)范畢肖普法以及強度折減法的計算結果較為吻合，當=0時，畢肖普法比強度折減法的結果高約1.8%。

坡外水位的變化影響著邊坡的穩(wěn)定性，研究這一影響在工程上也有著重要的意義。比如，在土石壩運行過程中，庫水位的回落是一種不利工況，很多壩體滑坡都與此有關。

3.2坡面集中力作用算例分析

分別采用規(guī)范中提出的畢肖普法及有限元強度折減法對該算例進行邊坡穩(wěn)定計算，得到坡面集中力作用時的安全系數(shù)，見表2。

將兩種方法計算所得的安全系數(shù)隨集中力與水平面夾角變化的關系曲線繪于圖10中。

從圖中可以看出，隨著集中力與水平面夾角的不斷增大，各曲線的安全系數(shù)均減小，且減小的趨勢接近線性變化。對比曲線可以發(fā)現(xiàn)，規(guī)范方法在夾角偏小時的安全系數(shù)相對較大，也就是說集中力分解的水平向力越大。

在工程中，經(jīng)常使用預應力錨桿對邊坡工程進行加固，本算例則可以有效的對錨桿加固效果進行評價。從本算例結果中可以看出，設置的錨桿與水平面夾角不同，邊坡安全系數(shù)就不同，當夾角大約為60°時，安全系數(shù)等于不設置錨桿的安全系數(shù)，因此，對于本算例，要使預應力錨桿起到支護作用，其設置的傾角必須小于60°（本文稱這一角度為臨界角）。從圖8中可以看出，當集中力變化跨過這一臨界角度時，滑動面位置發(fā)生了明顯的變化。

3.3坡頂均布力作用算例分析

分別采用規(guī)范中提出的畢肖普法及有限元強度折減法對該算例進行邊坡穩(wěn)定計算，得到坡頂上受不同大小的均布力的作用下邊坡的安全系數(shù)，見表3。

將計算所得的安全系數(shù)隨均布力變化的關系曲線繪于圖13中。從圖中可以看出，規(guī)范畢肖普法計算結果偏小，其可能的原因是：規(guī)范方法是建立在土體是剛體的基礎之上的，即滑動體頂部之外的均布力是不考慮的，而那部分荷載恰恰是對穩(wěn)定有利的，從而導致計算結果偏小。但是這一偏差很小，約0.9%，可以滿足工程計算需要。

4、結 語

1） 本文提出的彈性力學解答處理外荷載的方法在邊坡穩(wěn)定分析中結果與其他方法結果較為吻合，因此，這種方法運用于邊坡在外荷載作用下的穩(wěn)定分析是可行的.

2） 通過不同坡外水位和集中力算例中發(fā)現(xiàn)，隨著外荷載水平向分力的增大，規(guī)范方法所求得的安全系數(shù)與本文方法及強度折減法的安全系數(shù)的偏差越大，可見，土條水平向作用力對邊坡穩(wěn)定的影響是不容忽視的。

3）當不考慮坡體內(nèi)滲流時，坡外水位越低，邊坡越不穩(wěn)定；坡面受集中力時，隨著集中力與水平向夾角的增大，邊坡越不穩(wěn)定；坡頂受均布力時，隨著均布力的增大，邊坡越不穩(wěn)定。

參考文獻：

GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

SL 386-2007，水利水電工程邊坡設計規(guī)范[S].中華人民共和國水利部，2007.

作者簡介：李廣信.高等土力學[M].北京：清華大學出版社，2004.