用于邊坡穩定分析的改進通用條分法

摘要：在極限平衡理論的基礎上，考慮外部因素（水、拉裂縫、外荷載）與加固措施（錨桿、錨索、土工織物、土釘）對邊坡的作用，推導出能模擬各種極限平衡方法的改進通用條分法（IGLE）理論體系，并編寫了相應的計算程序Rslope。運用改進通用條分法（IGLE）模擬了不平衡推力法，并對不平衡推力法（強度儲備法）與不平衡推力法（超載法）的安全系數與剩余下滑力進行了精度分析，給出了使用建議。針對工程人員容易混淆剩余下滑力與條間力的情況，對條間法向力與剩余下滑力的水平分力進行對比分析，結果表面二者沒有必然聯系或者規律。運用Rslope程序與商品化軟件slide、SLOPE/W進行了算例分析，對比了自動搜索圓弧滑面、折線型滑面、加固后的邊坡安全系數，結果具有很好的一致性。

關鍵詞：改進通用條分法（IGLE）；不平衡推力法；邊坡加固

中圖分類號：

TU443

文獻標志碼：A

文章編號：16744764（2014）01010608

在邊坡穩定性分析方法中，極限平衡法作為一種非常有效的分析方法被廣泛研究和應用[18]。近二十多年來，隨著計算機和數值分析技術的發展，人們開始研究各種極限平衡方法的數值算法[911]，并在此基礎上研究邊坡穩定性分析的通用極限平衡法，試圖將所有的條分法納入到統一體系中。代表性的成果有Fredlund的普遍極限平衡法[12]和陳祖煜的通用條分法[13]。普遍極限平衡法與通用條分法的理論基礎是一致的，都是建立在極限平衡法基礎上的邊坡穩定分析通用理論。

通用條分法用于推導安全系數的靜力學原理有：垂直和水平方向的合力均為零，以及所有的力圍繞轉動軸心的合力矩為零[12，14]。這兩條加上破壞準則，還不足以使邊坡穩定問題成為靜定問題[1516]。要使它成為靜定問題，必須再補充一些原則。通用條分法（GLE）對條間力的方向做了假設，采用這種做法的各種極限平衡方法均可視作通用條分法的特例[14]。通用條分法屬于嚴格條分法，條塊滿足所有的靜力平衡條件，即2個力平衡條件及1個力矩平衡條件。通用條分法可以模擬圓弧或折線型滑動面邊坡的各種穩定性計算方法。目前，對邊坡穩定性計算的極限平衡方法，包括通用條分法所考慮的邊坡外部作用（水、拉裂縫、外荷載）并不完善，特別是邊坡加固（錨桿、錨索、土工織物、土釘）后的安全系數計算還比較欠缺，因此，對通用條分法進行了改進以適應實際工程的需要。改進通用條分法（Improved General Limit Equilibrium method ，簡稱IGLE）可根據所滿足的靜力平衡條件和對條間力的假設，模擬各種條分法（瑞典法、簡化畢肖普法、簡化江布法、修正江布法、陸軍工程師團法、斯賓塞法、羅厄法、摩根斯坦普萊斯法等）計算邊坡在水、拉裂縫、外荷載等作用下，采取錨桿、錨索、土工織物、土釘等加固后的安全系數。本文運用改進通用條分法（IGLE）模擬了中國巖土界特有的不平衡推力法，并與文獻[1718]推薦的不平衡推力法進行了精度的對比分析，從而將不平衡推力法的應用進行了深入與擴展。

以改進通用條分法（IGLE）為理論基礎，編寫了相應的程序Rslope，并與著名商業化軟件—slide[19]、SLOPE/W[20]、理正邊坡穩定進行了算例對比分析。

陶麗娜，等：用于邊坡穩定分析的改進通用條分法

2改進通用條分法（IGLE）理論

2.1安全系數的定義

關于安全系數的定義，潘家錚[21]對安全系數的定義提出了2種解法：

1）強度儲備法：如果材料的強度降低F倍，邊坡即將處于失穩狀態。

2）超載法：如果將荷載增大F倍，邊坡即將失穩；如果體系在設計荷載下已經不能穩定，則求出的F將小于1。

對于同一邊坡，2種不同概念的安全系數值是不相同的，甚至相差很大。研究多趨向于采用“材料強度儲備系數”作為安全系數，因為：1）由于強度儲備法中外荷載較為明確，而材料的強度變化不易精確測定，材料強度中考慮安全系數較為合理；2）許多問題中，自重往往是最主要的荷載。但是自重既產生下滑力，也產生抗滑力，采用超載系數的概念便不夠明確。

因此，改進通用條分法（IGLE）采用強度儲備法來定義安全系數。

2.2強度準則

采用有效應力分析，在極限平衡條件下，條塊底面的抗剪力大小可表示為[14]式（1）。