边坡稳定分析的极限平衡方法研究综述
边坡稳定性分析方法及其应用综述

边坡稳定性分析方法及其应用综述引言:一、边坡稳定性分析方法1.隐式方法:隐式方法是边坡稳定性分析中常用的一种方法,它基于潜在平衡的假设,将边坡分析问题转化为求解非线性方程的问题。
其中最常用的方法为切线法、牛顿法和递归算法。
2.极限平衡方法:极限平衡方法是边坡稳定性分析中最常用的方法之一,它将边坡划分为滑动体和支撑体两个部分,通过平衡力的分析来确定边坡的稳定状态。
常用的方法有切片平衡法、切块平衡法和变形平衡法等。
3.数值模拟方法:数值模拟方法是近年来发展起来的一种边坡稳定性分析方法,它通过数值模拟地质体的力学行为来评估边坡的稳定性。
常见的方法有有限元法、有限差分法和边界元法等。
4.统计方法:统计方法是一种通过统计数据分析边坡稳定性的方法,它通过收集边坡历史数据来建立统计模型,然后预测未来边坡的稳定性。
常用的方法有回归分析、灰色系统理论和神经网络等。
二、边坡稳定性分析方法的应用1.土石坡的稳定性分析:土石坡是边坡稳定性分析的重要对象之一,它常见于土木工程和交通运输工程中。
通过对土石坡的稳定性进行分析,可以确定合适的边坡坡度和护坡措施,从而确保工程的安全和稳定。
2.岩质边坡的稳定性分析:岩质边坡是指由岩石构成的边坡,常见于水利工程和隧道工程中。
岩质边坡的稳定性分析需要考虑岩石的强度和岩体的结构特征,通过对岩质边坡的稳定性分析,可以确定合理的爆破参数和支护方式,从而确保工程的安全施工。
3.深部边坡的稳定性分析:深部边坡是指边坡的深度较大的边坡,常见于矿山工程和城市基础设施工程中。
深部边坡的稳定性分析需要考虑地应力、岩体的变形特性和地下水的影响等因素,通过对深部边坡的稳定性分析,可以确定合理的开采方式和支护措施,从而确保工程的安全运营。
4.风化边坡的稳定性分析:风化边坡是指由风化松散物质构成的边坡,常见于山区公路和铁路等工程中。
风化边坡的稳定性分析需要考虑土壤的强度和湿度等因素,通过对风化边坡的稳定性分析,可以确定合适的排水和防护措施,从而确保工程的安全与可靠。
边坡稳定性分析方法综述

文章编号:100926825(2009)0420144202边坡稳定性分析方法综述收稿日期:2008210207作者简介:杨 军(19752),男,工程师,西北综合勘察设计院,陕西西安 710003杨 军摘 要:按定性分析方法、定量分析方法和不确定分析法的分类形式回顾了边坡稳定分析的研究历史和发展历程,总结了其中主要的方法,针对当前的研究热点,论述了三维稳定性分析、数值分析法和不确定性分析方法的动态和现状,并对发展趋势进行了合理展望,以使边坡稳定性分析方法更加完善。
关键词:边坡稳定性,动态,发展趋势中图分类号:TU413.62文献标识码:A 我国是一个多山国家,山地灾害频繁发生,给国民经济发展造成了严重影响。
其中边坡灾害已成为仅次于地震的第二大地质灾害。
边坡稳定性研究历来是国内外学术界和工程界关注的重大课题,直接关系到边坡工程的安全性、经济性。
边坡稳定性评价包括两方面的任务:一方面要对边坡稳定性做出评价,另一方面[1]。
为了推动边坡稳定性研究良性发展,总结过去,分析研究动态,展望未来,不断总结,找到不足,不断提高,少走弯路,具有十分重要的历史意义和现实意义。
1 边坡稳定性分析方法回顾1.1 定性分析方法定性分析方法主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等分析,对已变形地质体的成因及其演化史进行分析,从而给出被评价边坡的一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。
常用方法主要有:自然历史分析法、工程地质类比法、边坡稳定性分析数据库、专家系统及图解法等。
1.2 定量分析方法1.2.1 极限平衡法极限平衡法是目前边坡稳定性分析中最常用的方法。
工程上惯用的是费伦纽斯(W.Fellenius )(1927年)的简化条分法,即瑞典圆弧法,假定滑动面为圆弧,该方法在没有计算机的年代能大大简化计算,是一种实用的方法。
Bishop (1950年)对传统的Fel 2lenius 法作了重要改进,提出了安全系数的定义,通过力矩平衡来确定安全系数。
边坡稳定分析方法综述

边坡工程广泛存在,土石坝、路堤、基坑开挖、渠道、堤防、山体等。
由于边坡表面倾斜,在土体自重及其它外力作用下,整个土体都有从高处向低处滑动的趋势。
边坡丧失其原有的稳定性,一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象,称为滑坡。
引起滑坡的根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度,稳定平衡遭到破坏,使剪应力达到抗剪强度的原因有二:一是由于剪应力的增加;二是土体抗剪强度的减小。
对边坡进行稳定性计算,评价当前边坡的稳定状态和可能的变化发展趋势,对不太稳定的土坡采取防治措施,是工程师们普遍面对的问题。
目前应用于边坡稳定分析的方法主要有基于极限平衡的传统方法和有限元法。
极限平衡法是边坡稳定分析中最常用的方法,它是通过分析在临近破坏状况下,土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡,计算土体在自身和外荷作用下的土坡稳定性程度。
传统的边坡稳定性分析方法中,为了便于分析计算的进行,做了许多假设[1][2],如假设一个滑动面、不考虑土体内部的应力—应变关系等。
在边坡稳定分析中引入有限元法始于20世纪70年代[3],起初由于需要花费大量的机时,且误差较大,该法很难在实践中推广应用,随着计算机技术和有限元技术的发展,该法开始在边坡分析得到较广泛地应用[4][5],而且逐渐从线弹性有限元发展到非线性有限元方法。
采用有限元法来分析边坡的稳定性时,可分为二维分析和三维分析。
由于自然界发生的滑坡,基本上呈三维形态,二维分析只是一种近似分析。
1 常用的边坡稳定分析方法边坡稳定分析的刚体极限平衡方法原理。
刚体极限平衡方法原理的三大要点[1]。
(1)刚体条件:在分析滑坡的受力和变形过程中,忽略滑体的内部变形,认为滑体为不可变形的刚体。
(2)极限强度条件:假定滑体处于极限强度状态。
(3)力的平衡条件:在考虑安全系数后,滑体在所受各种力的作用下处于平衡状态。
1.1瑞典条分法如图1所实示,瑞典条分法的安全系数Fs的一般计算公式表达为:iii i i i i s W tg W l c Fsin cos (1)式中:W i 为土条重力;θi 为土条底部中点与滑弧中心连线垂直夹角;抗剪强度指标c 、 值是为总应力指标,也可采用有效应力指标。
边坡稳定性评价方法综述

边坡稳定性评价方法综述摘要:随着岩土工程技术的进步,涌现了许多新的边坡稳定性分析方法,本文梳理了常见的边坡稳定性分析方法,分析与归纳各类评价方法的优缺点与适用条件,为合理选择边坡稳定性评价方法提供借鉴。
关键词:边坡稳定性,评价方法1引言随着人类工程活动对工程地质条件改造的日趋频繁和范围的不断扩展,在露天矿开采、水利水电、陆地交通和城市开发建设等方面都出现了大量的边坡工程。
边坡稳定性问题一直是岩土工程的一个重要研究内容,而边坡稳定性评价结果的正确与否直接关系到边坡工程的成败。
本文在分析总结近年来边坡稳定性评价方法的基础上,对边坡稳定性评价方法进行分类,旨在为合理选择边坡稳定性评价方法提供借鉴。
2边坡稳定性评价方法分类边坡稳定性评价应分析边坡的变形破坏模式,确定不同评价方法的适用范围与条件,才能对边坡工程的设计与施工恰当地选用评价方法提供指导意义。
传统的边坡稳定性评价方法分为两大类:定性评价方法与定量评价方法。
3定性评价方法工程地质定性分析法是边坡稳定性评价中起源最早,主要用于工程早期确定方案时的一种定性评价方法。
工程地质定性分析法以岩土工程勘察资料为基础,分析边坡岩土体的地质成因,筛选出影响边坡稳定性的主要因素,建立边坡工程地质模型,推测其可能的变形破坏模式,定性评价稳定性及其演变趋势。
对于地质条件相对简单的岩土质边坡,该法可直接得出可供工程设计和施工使用的结论;对于地质条件相对复杂的情形,该法在确定滑坡模式和变形机制方面具有明显优势,可为进一步定量计算边坡稳定性奠定基础。
定性评价方法中最常用的为工程地质类比法和边坡稳定性图解法。
3.1工程地质类比法工程地质类比法属于定性分析,其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。
该方法主要通过岩土工程勘察,首先对工程地质条件进行分析。
如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查、分类,对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究,了解其成因、影响因素、发展规律等;并分析研究工程地质因素的相似性和差异性;然后结合所要研究的边坡进行对比,得出稳定性分析和评价结果。
边坡稳定分析方法综述

Construction & Decoration148 建筑与装饰2022年3月下 边坡稳定分析方法综述刘琦中铁二十一局集团有限公司 甘肃 兰州 730000摘 要 边坡工程是个十分复杂的系统性工程,其稳定性对于人类的生命财产有重大意义。
如何在复杂地质条件下分析边坡的稳定性历来是学术界和工程界极为关注的课题。
因此,本文从定性分析、定量分析和非确定性三方面进行分析,层次分明地概述了边坡稳定分析方法,综合评述了各自的优缺点,对边坡稳定分析的发展做出展望。
关键词 边坡稳定;定性分析;定量分析;非确定性分析 Overview of Slope Stability Analysis MethodsLiu QiChina Railway 21st Bureau Group Co., Ltd., Lanzhou 730000, Gansu Province, ChinaAbstract Slope engineering is a very complex and systematic engineering, and its stability is of great significance to human life and property. How to analyze slope stability under complex geological conditions has always been a topic of great concern in academic and engineering fields. Therefore, this article analyzes this issue from three aspects: qualitative analysis, quantitative analysis and non-determinancy analysis, clearly outlines the slope stability analysis methods, comprehensively reviews their advantages and disadvantages, and makes a prospect for the development of slope stability analysis.Key words slope stability; qualitative analysis; quantitative analysis; non-determinancy analysis引言我国是一个多山的国家,随着国民经济的发展,工商业及民用建筑剧增,许多工程边坡的分析方法不断产生。
边坡稳定性分析方法文献综述

边坡稳定性分析方法文献综述刘芮彤(河海大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 211100)摘要:该本文对边坡稳定性分析方法进行了总结,分析归纳了各种常用边坡稳定性分析方法的使用情况及优缺点,为工程选择合理的评价方法提供参考。
同时,对边坡稳定性分析方法的发展趋势作出简单论述,总结出随着计算机技术的不断发展和数值模拟软件的使用,综合应用多种分析方法是目前边坡稳定性分析的主要趋势。
关键词: 边坡稳定性评价;数值分析;综述边坡作为一种自然地质体,在外因作用下,易沿坡体内部的不稳定结构面产生相对位移,导致边坡的失稳,给人们的日常生产生活带来极大的影响。
目前,对边坡的稳定性分析研究已有多种方法,其优缺点及使用范围各有不同,因此,选择合适的分析方法对准确判断边坡的稳定性有着重要影响。
目前最常用的刚体极限平衡分析法和数值分析方法满足了大部分工程的需求,但不能十分精确的分析边坡的稳定性。
随着各学科之间相互结合程度不断加深,许多新的分析方法,如遗传算法、数理化理论等逐渐形成并开始应用到工程建设之中。
边坡稳定性分析方法得到了发展与完善。
1、传统分析方法1.1工程地质类比法。
工程地质类比法属于定性分析方法,通过对过工程地质环境进行勘察,调查研究已有的边坡破坏现象,了解其成因及发展规律,从中找到工程地质因素的相似与不同之处,结合所要研究的边坡进行对比分析,最终得出结论。
该方法能综合考虑各种影响边坡稳定性的因素,快速地评估边坡稳定性,适用于地质条件较复杂地区;但它没有确定的数量界限,对经验性有较大依赖,因此对地质工作者的实践经验要求加高。
1.2 边坡稳定性图解法。
图解法具体可分为赤平投影图法和诺模图法两种方法。
赤平投影图法主要利用赤平投影原理,把构造面和构造线等投影在投影球的赤道平面上,通过作图的方法,能够直观地反映出遭到破坏的边坡边界;诺模图法则是利用诺模图来显示与边坡有关的参数之间的关系,进而求得边坡稳定性系数η、稳定坡角α和极限坡高h等参数。
基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析

基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析随着城市化进程的加快和土地资源的日益紧缺,地质灾害频繁发生成为了人们关注的焦点。
边坡稳定性分析作为地质灾害防治的重要内容之一,对于保障人民生命财产安全和城市发展具有重要意义。
本文将通过基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析,从两种不同的角度对边坡稳定性进行深入研究,以期为地质灾害防治提供理论支持和技术指导。
一、极限平衡法分析极限平衡法是指对于一定的边坡体系,在边坡体系受到外力作用时,通过平衡条件来确定边坡体系在达到稳定状态时,承受最大自重等荷载的状态。
具体步骤为:确定边坡的几何形状,计算边坡受力分布,确定边坡的抗滑稳定性和倾覆稳定性,得出边坡的稳定状态。
极限平衡法主要用于评估边坡在稳定状态下的安全系数,对于边坡的设计和监测具有重要意义。
二、有限元法分析有限元法是一种数值分析方法,将连续介质划分为有限个小单元,在每个小单元中建立方程,通过求解小单元之间的位移和应力关系来得出整个结构的位移和应力分布。
有限元法在地质灾害领域得到了广泛应用,能够较为准确地描述地质介质的力学行为,对复杂边坡体系的稳定性分析具有独特的优势。
基于有限元法的边坡稳定性分析首先要建立边坡的数值模型,将边坡体系划分为有限个小单元,然后确定边坡体系的边界条件和加载条件,进行有限元分析,计算得出边坡体系的位移和应力分布。
最后通过分析位移和应力的分布情况来评估边坡的稳定性。
三、综合分析将极限平衡法和有限元法两种分析方法相结合,可以更为全面地评估边坡的稳定性。
通过极限平衡法可以得到边坡在静态荷载下的稳定状态,而有限元法可以计算得出边坡在动态荷载下的位移和应力分布情况。
综合两种分析方法,可以较为全面地评估边坡的稳定性,为地质灾害防治提供更为可靠的技术支持。
边坡稳定性极限平衡法分析

边坡稳定性极限平衡法分析::边坡稳定性问题一直是岩土工程界的一个重要研究内容,它涉及矿山工程、土木工程、铁路公路工程、水利水电、港口、废渣及垃圾处理等诸多工程领域,以及山坡、岸坡等自然领域。
本文介绍了边坡稳定性分析中比较常用的方法极限平衡法的基本原理,并且以某煤矿坡建筑场区为例说明了其应用,并给出相应的支护加固方案。
论文关键词:边坡稳定性,极限平衡法,边坡支护加固1.引言边坡(斜坡)是人类工程和经济活动中最普遍的地质地貌环境。
它是岩石圈的天然地质和工程地质的作用范围内具有露天侧向临空面的地质体,是广泛分布于地表的一种地貌形态。
边坡稳定性研究已有一百多年的历史,特别是近几十年来,随着环境保护与减轻自然灾害十年活动在我国的开展,边坡稳定性评价与滑坡预测已经成为具有特色的工程地质课题之一。
对于煤矿岩石高边坡极限平衡法,影响稳定性的因素总体上分为地质因素及非地质因素两类发表论文。
前者是滑坡发生的地质基础条件,后者则为滑坡的发生提供了外动力因素和触发条件。
影响边坡稳定状态的地质因素包括边坡岩体的结构特性、介质结构特性、地下水状态、水文地质条件及地应力等;非地质因素包括大气降雨、振动、坡脚切层开挖以及边坡下面地下开采等。
2.边坡稳定性分析边坡稳定性分析理论在国内外的发展经历了一个很长的历史时期,国内外不少专家学者对其进行过研究,稳定性分析方法很多,如:定性分析方法,定量分析方法,不确定分析方法,确定性和不确定性方法的结合,物理模拟方法等。
2.1极限平衡法基本原理现在边坡稳定性分析中比较常用的方法是极限平衡法。
该方法基于该原理的方法很多,如瑞典圆弧法、Bishop法、Janbu法、Sarma法、Morgenstern-Price法极限平衡法,Spencer法,不平衡推力法等,并且开发了相应的计算机程序。
极限平衡法的基本原理是根据边坡破坏的边界条件,应用力学分析研究的方法,对可能发生的滑动面,在各种荷载作用下进行理论计算和抗滑强度的力学分析。
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1.绪论1.1边坡的灾害在人类工程中的自然边坡和人工边坡经常考虑边坡稳定性,边坡失稳会造成巨大的人员伤害和经济损失,正如一些专家们所说的那样,边坡失稳产生的滑坡现象已变成同地震和火山相并列的全球性三大地质灾害之一。
据统计,我国每年由于滑坡所造成的损失达数亿元,严重危害着人民的生命和财产安全,由于这些严重事实的存在,致使人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断。
由于人们不懈的努力,在认识滑坡机理、完善边坡稳定分析理论和方法、开发滑坡治理技术和滑坡预报等方面不断取得新的研究成果和进展。
因此有必要进行边坡的变形和破坏进行研究,对可能出现失稳或者已经失稳的边坡工程进行稳定分析,保证边坡工程的稳定性。
边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度。
按照成因、边坡稳定性,边坡分为天然斜坡和人工边坡两类,后者又分为开挖边坡和堤坝边坡等。
按照物质组成,边坡分为岩体边坡、土体边坡,以及岩、土体复合边坡3种。
按照稳定程度,分为稳定边坡、不稳定边坡,以及极限平衡状态边坡。
不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡,在岩、土体重力,水压力,振动力以及其他外力作用下,常发生滑动或崩塌破坏。
大规模的边坡岩、土体破坏能引起交通中断,建筑物倒塌,江河堵塞,水库淤填,给人民生命财产带来巨大损失。
研究边坡稳定性的目的,在于预测边坡失稳的破坏时间、规模,以及危害程度,事先采取防治措施,减轻地质灾害,使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。
1.2我国边坡稳定性分析的发展及防治边坡破坏的类型很多,常见的是崩塌和滑坡。
陡坡前缘部分岩、土体突然与母体分离,翻滚跳动崩坠崖底或塌落而下的过程和现象,称为崩塌。
边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面,或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象,称为滑坡。
在边坡破坏中,滑破是最常见,危害最严重的一类。
所有的边坡失稳,均涉及到边坡岩、土体在剪切应力作用下的破坏。
因此,影响剪切应力和岩、土体抗剪强度的因素,都影响边坡的稳定性。
例如,构成边坡岩、土体的工程地质性质及其变化;边坡中断层、层面、不整合面等不连续面的产状与坡面倾向、倾角之间的关系;边坡尺寸和形态的改变;坡脚遭受水的侵蚀或人工开挖;边坡上天然或人工加载;边坡岩、土体中地下水位的升降,以及地震和爆破引起的瞬时振动等,均会在一定程度上改变边坡的稳定性。
目前,对于自然边坡防护网的稳定性评价是研究的最多的问题,理论方法也相对比较成熟,然而,对边坡防护网进行加固后,加固的效果到底如何,分析其稳定性是比较困难的,支护措施的施加使得本来就复杂的边坡防护网变得更加复杂,我们不能简单的把锚固力看作是一个施加在条块底面上或顶面上的一个力,按照自然边坡防护网稳定性分析的方法进行分析计算,这会造成很大的误差。
锚固措施对边坡防护网稳定性影响机理的研究一直不断,但还不能很好的反映出它们的作用,因为不确定因素实在是太多了,我们所能作的更好的就是把不确定因素减到最少,使得理论更加的符合实际。
对边坡防护网进行加固后到底效果如何,稳定性该如何评价计算,国内外也有不少这方面的研究成果。
土钉边坡支护的稳定分析(包括内部稳定分析和外部稳定分析)一般采用的是极限平衡分析方法,滑动面或破坏面的形状常假定为双折线、圆弧线、抛物线或对数螺线中的一种,比较著名的分析方法国外有法国的Schlosser方法、美国的Davis方法、德国的Stocker方法、英国的Bridle方法等。
国内有太原煤矿设计院方法、北京工业大学方法、洛阳总参科研三所方法、清华大学方法和北京治建总院方法等;这些方法从各个不同的角度满足了部分工程实践的需要〔中国科学院成都山地灾害与环境研究所的李新坡、何思明等人针对预应力锚索加固边坡防护网的稳定性分析问题,基于极限分析上限定理,把锚索锚固作用简化为边坡防护网表面上的外力,推导了预应力锚索加固土质边坡防护网的安全系数计算公式。
1.3边坡稳定分析的研究方法1.3.1极限平衡法极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法,通过安全系数定量评价边坡的稳定性,由于安全系数的直观性,被工程界广泛应用。
该法基于刚塑性理论,只注重土体破坏瞬间的变形机制,而不关心土体变形过程,只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。
其分析问题的基本思路:先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面,通过分析在临近破坏情况下,土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡,计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。
极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系,不能反映边坡变形破坏的过程,但由于其概念简单明了,且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型,计算结果也已经达到了很高的精度。
因此,该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。
在工程实践中,可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。
目前常用的极限平衡法有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Sarma法Morgenstern-Price 法和不平衡推力法等。
1.3.2滑移线场法上述极限平衡的垂直条分法获得的是一个满足静力平衡条件的应力场。
同时要求滑裂面上每一点的应力状态均在摩尔圆上或以内,但是并不要求滑体内每一点的应力状态均在摩尔圆上,即处于极限平衡状态。
因此,所获得得解应小于或等于使边坡发生破坏的真实荷载。
在塑性力学领域,属于下限解。
而滑移线法使假定土的破坏区内各点均达到了极限平衡条件,这样,在破坏区域的每一点,除了可以建立静力平衡条件之外,还可以增加一个摩尔一库仑破坏条件,在一定的边界条件下,可以用特征线法求解由此形成的方程组。
在一些简化的边界和土质条件下,可以获得闭合解,解的特征就是土力学中滑移线,其中一组就是滑移面。
在土压力领域,朗肯理论便是在边界条件非常简单的情况下的一个特例。
1.3.3极限分析法极限分析理论是在20世纪50年代初由Durcker和Prager等人将静力场和运动场结合起来并提出极值原理以后建立起来的,为土坡塑性极限分析方法开辟了新的途径。
极限分析法应用理想塑性体或刚塑性体处于极限状态的极小值原理和极大值原理来求解理想塑性体的极限荷载的一种分析方法。
它在土坡稳定分析时,假定土体为刚塑性体,且不必了解变形的全过程,当土体应力小于屈服应力时,它不产生变形,但达到屈服应力,即使应力不变,土体将产生无限制的变形,造成土坡失稳而发生破坏。
其最大优点是考虑了材料应力—应变关系,以极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件,结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。
门玉明[68]应用塑性力学中的极限分析法原理,推导了滑动面为折线形状土坡稳定性极限分析公式,采用了屈服准则的概念,考虑了与应力—应变关系相适应的流动法则,求出了滑动面为折线时的土坡稳定性分析公式(上限解)。
通过实例分析证明,这一公式可有效地用于斜坡的稳定性评价。
陈祖煜等[69]系统分析了土力学理论中的极限分析上、下限解,认为边坡稳定极限分析的垂直条分法和斜条分法分别建立于塑性力学下限和上限原理之上,常用的斯宾塞法、Morgenstern-Price法等总在提供一个偏安全的解,同时认为上、下限解的安全系数偏差在3%左右。
如果极限分析的上限解理论能在数学上得到证明,将对工程上一直采用的竖直条分法提出具有深远意义的改进,这对边坡稳定性分析具有更实际的价值。
李小强等[70]依据平衡体系势能变化最小的原理,从整个边坡的势能变化求得一个满足势能的最小位移,并直接求出滑面上的法向力分布,用此分布可求出合理的安全系数。
陈佳等[71]在危岩体崩塌稳定性极限分析上限法分析中,从变形协调条件出发,通过建立优化的斜分条机动许可速度场,依据外力功率和内能耗散率相平衡的原理以此得到危岩体崩塌的稳定系数。
1.3.4其他数值方法数值分析方法也是目前岩土力学计算中使用较普遍的分析方法。
它分析边坡稳定的本质是单元离散,即通过计算网格将岩体分成若干个小单元体。
对于二维问题可采用三节点三角形单元、四节点四边形单元等;三维情况主要运用四节点四面体单元、六节点五面体单元、八节点六面体单元等。
离散后,将任一可能滑动面分成若干微段,根据每一微段的方位,通过应力张量变换,运用追踪法或位移法或强度比值法或平面应力投影法来求得相应微段的正应力和切向剪应力,再建立力矩平衡。
该法以土坡在失稳之前伴随的较大变形为依据,将稳定和变形紧密的联系起来。
并考虑到土的非线性本构关系,然后求出每一计算单元的应力及应变,根据不同的强度指标确定破坏区的位置及其扩展情况,并设法将局部破坏和整体破坏联系起来。
求得合适的临界滑裂面位置,最后根据极限平衡法推求整体的稳定性系数。
离散化的思想始终贯穿在这种方法之中,因此,该方法是一种典型的数值计算方法,一般需要通过岩土工程数值模拟来实现。
应该明确,虽然数值方法在模拟土坡变形破坏机理等方面有着独特的优点,且不需要假定滑动面,但由于土体的不均质性和复杂性,该方法的应用目前仍受到一定的限制。
主要包括有限元法(FEM)、边界元法(BEM)、离散元法(DEM)、快速拉格朗日分析法(FLAC)、块体理论(BT)和数值流形法(NMM)等1.4极限平衡法的发展过程1.4.1各种分析方法的产生、应用及局限性极限平衡理论的主要思想是将滑动土体进行条分, 根据极限状态下土条受力和力矩的平衡来分析边坡的稳定性。
根据对平衡方程组增设的边界条件不同, 又分为如下几种方法。
瑞典条分法:该法假定滑裂面为圆弧面,不考虑条间力, 其安全系数为滑裂面上的抗滑力矩与滑裂面以上土体的滑动力矩之比, 用总应力法求得给定滑裂面的安全系数, 再经反复试算比较确定出边坡的最小安全系数。
简化毕肖普( Bishop )法:该方法假定条间力水平, 即只考虑水平推力而不考虑竖向剪力, 故安全系数为整个滑裂面的抗剪强度与实际剪应力之比, 然后用试算- 迭代法求得边坡的最小安全系数。
简布普遍条分法:简布法假定滑体中推力线已知, 利用力矩平衡条件把条间竖向剪力表示成水平推力的函数, 适用于最一般的情况。
利用该法不仅可求出滑裂面平均安全系数及应力分布,还可求出各分界面上的抗剪安全系数作为校核。
其它极限平衡计算方法:斯宾塞法、摩根斯坦(Morgenstern) ) 普赖斯( Price)法、沙尔玛法( Sarma)以及不平衡推力传递法都属于极限平衡计算法。
这些方法以极限平衡理论为基础, 通过力的平衡条件来分析边坡稳定性, 没有考虑材料应力,应变关系, 所得安全系数只是假定滑裂面上的平均安全度, 求出的条间力和滑条底部反力也不是产生滑动变形时真实存在的力, 故均有待改进。
1.4.2稳定分析极限平衡法严格体系的形成Mogenstern&Price(1965)提出适用于任意形状滑裂面严格方法。