基于強(qiáng)度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析

周呂

【摘要】假定邊坡由砂土或黏性土組成，通過強(qiáng)度折減法對不同土質(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。

【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遇到邊坡問題一旦處理不好就會為工程留下隱患，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]等對直線型滑面進(jìn)行了深入探討，Bishop，Janbu[2-3]對圓弧條分法進(jìn)行了深入的研究和完善，趙洪波[4]等對非圓弧型滑動面邊坡穩(wěn)定性分析做了大量分析，鄭穎人[5-6]等對強(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plaxis有限元軟件對邊坡穩(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。

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) ，取代原來的抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 。計(jì)算公式如下所示：

（2.1）

（2.2）

通過不斷增加折減系數(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。

大量觀測資料表明，對于黏性土坡而言滑動面近似于圓柱面，在橫斷面上近似于圓弧線。對于砂性土坡而言其滑動面接近于平面，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)度折減法對邊坡滑面形態(tài)進(jìn)行預(yù)測。

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

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.