基于強度折減法的邊坡穩定性分析

周呂

【摘要】假定邊坡由砂土或黏性土組成，通過強度折減法對不同土質的邊坡進行穩定性分析，從結果中判斷滑面形式，為邊坡穩定分析方法選取提供參考意見。

【關鍵詞】邊坡；強度折減法；安全系數

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，為此許多學者提出了各種近似計算邊坡的方法，為邊坡穩定性計算提供了切實可行的手段。時衛民[1]等對直線型滑面進行了深入探討，Bishop，Janbu[2-3]對圓弧條分法進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定性分析做了大量分析，鄭穎人[5-6]等對強度折減法在邊坡穩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邊坡為例通過plaxis有限元軟件對邊坡穩定性進行分析，獲取不同種類土的滑面形式，為邊坡穩定性分析提供一定的參考意見。

2.安全系數求解方法

2.1極限平衡法求解邊坡安全系數

極限平衡法作為傳統的邊坡穩定分析方法其基本理論為：假定一種可能的滑動面，分析臨界狀態下，土體內部強度與外力之間的平衡，計算土體在自重作用下的邊坡穩定。在該方法上已經形成了大量的計算模式和計算方法，本文選取兩種常用的模型進行計算，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行計算。

2.2強度折減法求解邊坡安全系數：

強度強度折減法是將土體的抗剪強度指標 用一個折減系數F，如式（2.2）和（2.3） 所示的形式進行折減，然后用折減后的虛擬抗剪強度指標 ，取代原來的抗剪強度指標 。計算公式如下所示：

（2.1）

（2.2）

通過不斷增加折減系數F，反復計算直到邊坡發生臨界破壞，此時所得的折減系數及為安全系數K。

3.算例

使用plaxis有限元軟件對土質邊坡進行強度折減法分析。選用砂土和黏性土兩種土坡，其它參數見下表：

表3-1 土坡主要參數

種類 重度kN/m3 彈性模量kN/m2 泊松比 黏聚力kN/m2 內摩擦角

°

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有限元強度折減法計算結果

采用plaxis有限元強度折減法分析砂土邊坡破壞面形態，結果圖如下所示：

圖3.1.1 強度折減法計算砂土邊坡云圖

從圖3.1.1可以看出砂土邊坡在強度折減法計算下，臨界破壞時，滑動面接近直線。

采用plaxis有限元強度折減法分析黏性土邊坡破壞面形態，結果圖如下所示：

圖3.1.2 強度折減法計算黏土邊坡云圖

從圖3.1.2可以看出黏性土邊坡在強度折減法計算下，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，算例與實際情況相符。

4.結論

1.在邊坡穩定性分析時，可以采用強度折減法對邊坡滑面形態進行預測。

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，與傳統極限平衡法假定和實際觀測資料相符。

參考文獻

[1]時衛民，鄭穎人，張魯渝，鄧衛東. 滑移面為直線假設下的斜坡穩定分析[J]. 公路交通技術，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化的新方法[J]. 巖石力學與工程學報，2006，S2：3725-3729.

[5]趙尚毅，鄭穎人，時衛民，王敬林. 用有限元強度折減法求邊坡穩定安全系數[J]. 巖土工程學報，2002，03：343-346.

[6]鄭穎人，趙尚毅. 有限元強度折減法在土坡與巖坡中的應用[J]. 巖石力學與工程學報，2004，19：3381-3388.