Slide軟件與國內規范在土坡穩定分析中的對比研究

周 瓊，盧建青，高 郢，王 晶

（1.中海（廣州）工程勘察設計有限公司，廣東廣州 510277；2.中交天津航道局有限公司，天津 300450；3.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029；4.南京瑞迪建設科技有限公司，江蘇 南京 210029）

0 引言

土木工程中存在各式各樣的土坡，例如土石壩、渠道、路堤、岸坡等。分析判斷土坡的穩定性，并對不穩定土坡進行處理，是工程師們十分關心的問題[1]。

國內設計規范土坡穩定分析一般推薦采用瑞典圓弧條分法或畢肖普法。兩種方法均需要將滑動土體分成若干土條，然后逐步對各土條進行受力分析，計算過程繁雜，工程設計時一般采用成熟的商業軟件，或自主開發程序進行計算。對于無水的情況，瑞典圓弧法的計算公式唯一，當土坡外存在水體的情況時，各軟件對水的處理方法意見不一[2]。Slide軟件是由加拿大Rocscience公司編制的土坡穩定計算軟件，也是國內各設計院較為常用的商業軟件之一。軟件對水的處理方法與國內規范是否一致，有必要開展深入研究分析。

本文分別采用Slide軟件和國內規范公式對一均質土坡進行穩定計算，并對土條的受力計算結果進行比較分析，找出兩者差異，據此對邊坡工程設計工作提出合理化建議。

1 Slide軟件及規范法計算結果

某一均質粘性土坡高7m，坡比為1∶1。地基土體天然容重γ=17.5kN/m3，飽和容度γsat=19.0 kN/m3，浮重度γ′=9.0kN/m3，粘聚力c=20kPa，內摩擦角φ=15°，坡外水深2m，坡內浸潤線坡比為1∶5。分別通過Slide軟件及規范法[3]采用瑞典圓弧條分法計算該邊坡的整體穩定。為使計算結果具有可比性，對同一特定圓弧滑動面進行計算，且滑動土體均分為10個土條，土條寬度為1m，具體如圖1所示。

圖1 土坡滑動土體土條劃分示意圖

Slide軟件及規范法對各土條的受力分析計算結果分別見表1和表2，Slide軟件與規范法計算結果分別為1.49，1.45。

表1 Slide土條受力分析計算表

表2 規范土條受力分析計算表

2 計算結果分析

分別以2號和6號土條（分別代表土條位于坡外水位以下及浸潤線位于土條內兩種情況）為例進行分析。

Slide軟件中2號土條的受力分析示意圖如圖2所示。Slide軟件考慮水體對土條所有邊界的水壓力，相當于土條重度取浮重度。土條底部抗剪強度計算方法按下式計算：

計算結果與表2中數值一致。

根據圖2計算土條底部的剪應力：

6號土條受力分析示意圖如圖3所示。Slide軟件考慮水體對土條所有邊界的水壓力，相當于土條重度取浮重度。土條底部抗剪強度計算方法按下式計算：

計算結果與表2中數值一致。

根據圖3計算土條底部剪應力：

圖22 號土條受力分析示意圖

兩個土條底部剪應力計算值與表2中數值不同，這是由于軟件給出的剪應力是抗剪力與安全系數的比值。根據上述方法計算Slide中所有土條的滑動力之和與抗滑力之和，得到邊坡穩定安全系數為1.49，與軟件計算值一致。根據以上分析可知，Slide軟件中采用瑞典條分法（Fellenius）（圖4）時邊坡穩定安全系數按下列公式計算：

圖36 號土條受力分析示意圖

規范中瑞典圓弧條分法（總應力法）安全系數計算公式如下[3]：

式中：K——抗滑穩定安全系數；W1i，W2i，W′2i，W3i，W′3i——第i個土條浸潤線以上土體的天然重量、浸潤線與外坡水位線之間土體的飽和容重、浸潤線與外坡水位線之間的土體浮重量、外坡水位線以下的土體飽和重量、外坡水位線以下的土體浮重量，kN；αi——第i個土條底面中點的徑向與豎直方向的夾角，（°）；φi，Ci——第i個土條底部土體的抗剪強度指標，（°）、kPa；bi——第i個土條的寬度，m；ui——第i個土條底部的孔隙水壓力，kPa；γW——水的容重，kN/m3。

3 計算結果討論

通過上述分析，Slide軟件與規范法采用瑞典圓弧條分法的主要區別，在于計算滑動力時浸潤線與坡外水位線之間的土體（圖4中Ⅱ區）重度取值不同，規范法中Ⅱ區取飽和重度，而Slide軟件取浮重度，從而Slide中滑動力計算值較小，安全系數計算值較大。

圖4 圓弧滑動法示意圖

規范規定的邊坡穩定最小安全系數與所采用的計算方法存在對應關系，若所采用的計算方法與規范法不同，則最小安全系數應進行適當調整。當采用Slide軟件計算土坡穩定時，最小安全系數取值應較規范值大，否則可能造成工程設計安全儲備不足。

4 結語

綜上所述，規范法與Slide軟件采用瑞典圓弧法計算土坡穩定時計算公式略有差異，主要體現在計算滑動力時土坡內浸潤線與坡外水位線之間的土體容重取值不同，規范法取飽和重度，而Slide軟件取浮重度，從而Slide軟件安全系數計算值較規范法稍大，因此，工程設計采用Slide軟件進行土坡穩定分析時，最小安全系數應在規范限值的基礎上有所提高。