第2章 边坡稳定分析的通用条分法

第2章 边坡稳定分析的通用条分法
第2章 边坡稳定分析的通用条分法

边坡稳定性分析方法综述

第31卷第2期Vol.31,No.2 西华大学学报(自然科学版) Journal of Xihua University ·Natural Science 2012年3月Mar.2012 文章编号:1673- 159X (2012)02-0101-05收稿日期:2010-10-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(40772174);宜宾学院自然科学研究青年基金项目 作者简介:王玉平(1984-),女,助教,硕士,主要研究方向为岩土体稳定性分析与加固。 边坡稳定性分析方法综述 王玉平1,曾志强2,潘树林 1 (1.宜宾学院矿业与安全工程学院,四川宜宾644000;2.宜宾学院物理与电子工程学院,四川宜宾644000) 摘要:对目前边坡稳定性分析中所采用的方法进行了归纳,分析总结了图解法、极限平衡理论、数值分析方 法、 复合法等确定性分析方法的发展情况。详细分析了边坡稳定性分析方法的最新进展和边坡稳定性分析中的新方法、 新理论及各种方法的优缺点。指出随着计算机技术的兴起和软件的应用,多种方法的综合运用成为边坡稳定性分析的发展方向。 关键词:边坡稳定性;极限平衡理论;数值分析;评价方法中图分类号:TU43;P642.22 文献标志码:A Summarization of Slope Stability Analysis Method WANG Yu-ping 1,ZENG Zhi-qiang 2,PAN Shu-lin 1 (1.College of Mining and Safety Engineering ,Yibin University ,Yibin 644000China ;2.College of Physics and Electronic Engineering ,Yibin University ,Yibin 644000China ) Abstract :In recent years ,the great advance has achieved for slope stability analysis method.The deterministic analysis methods ,including graphic method ,limit equilibrium theory ,numerical analysis method and compound method ,are developed.The recent pro-gress of the slope stability analysis methods is analyzed in this paper and the advantages and disadvantages of new method of various an-alytical methods are pointed out.With the advent of computer technology and the software application ,comprehensive use of various methods becomes the development direction of slope stability analysis. Key words :slope stability ;limit equilibrium theory ;numerical analysis ;method of evaluation 边坡是一种自然地质体,按组成物质可以分为 土质边坡和岩质边坡, 在边坡角变化、地下水、地震力、水位变化等外因作用下,边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移,当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力,将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容,并已经形成一个应用研究课题,稳定性问题涉及矿 山工程、 水利水电工程等诸多工程领域,近年来受到越来越多的关注,研究方法层出不穷,其中主要以刚体极限平衡分析法和数值分析方法为主,而这些方法在设计参数的选取上都是按定值进行考虑的。然而,由于边坡受多种因素综合影响,其稳定性常表现出复杂多样性、不确定性等特征。随着数学方法的 发展和计算机技术的进步, 人工智能、神经网络、软件的应用等迅速发展,边坡稳定性分析方法不断发 展与完善。 1 传统分析方法的发展 1.1 工程地质类比法 工程地质类比法,又称工程地质比拟法,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。该方法主要通过工程地质勘 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。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素,迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测;缺点是类比

边坡稳定性分析方法及其适用条件资料

边坡稳定性分析方法及其适用条件 摘要:边坡是一种自然地质体,在外力的作用下,边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移,当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力,将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容,并已经形成一个应用研究课题,本文对目前边坡稳定性分析中所采用的各种方法进行了归纳,并阐述了其适用条件。 关键词:边坡稳定性分析方法适用条件 正文: 一、工程地质类比法 工程地质类比法,又称工程地质比拟法,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。该方法主要通过工程地质勘察,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和分类,对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究,了解其成因、影响因素和发展规律等;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。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素,迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测;缺点是类比条件因地而异,经验性强,没有数量界限。 适用条件:在地质条件复杂地区,勘测工作初期缺乏资料时,都常使用工程地质类比法,对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价,因此,需要有丰富实践经验的地质工作者,才能掌握好这种方法。

二、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。 三、极限平衡法 该法将滑体作为刚体分析其沿滑动面的平衡状态,计算简单。但由于边坡体的复杂性,计算时模型的建立与参数的选取不可避免地使计算结果与实际结果不吻合。常用的方法有如下几种。 1瑞典条分法。基本假定:A边坡稳定为平面应变问题;B滑动面为圆弧;C计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑面法向分解来求法向力。该方法不考虑条间力的作用,仅能满足滑动体的力矩平衡条件,产生的误差使安全系数偏低。 优缺点:在不能给出应力作用下的结构图像的情况下,仍能对结构的稳定性给出较精确的结论,分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好,使分析程序更加可信;但需要先知道滑动面的大致位置和形状,对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面,但是对于岩质边坡,由于其结构和构造比较复杂,难以准确确定其滑动

边坡的稳定性计算方法

边坡稳定性计算方法 目前的边坡的侧压力理论,得出的计算结果,显然与实际情形不符。边坡稳定性计算,有直线法和圆弧法,当然也有抛物线计算方法,这些不同的计算方法,都做了不同的假设条件。 当然这些先辈拿出这些计算方法之前,也曾经困惑,不做假设简化,基本无法计算。而根据各种假设条件,是会得出理论上的结果,但与实际情况又不符。倒是有些后人不管这些假设条件,直接应用其计算结果,把这些和实际不符的公式应用到现有的规范和理论中。 瑞典条分法,其中的一个假设条件破裂面为圆弧,另一个条件为假设的条间土之间,没有相互作用力,这样的话,对每一个土条在滑裂面上进行力学分解,然后求和叠加,最后选取系数最小的滑裂面。从而得出判断结果。其实,那两个假设条件对吗?都不对! 第一、土体的实际滑动破裂面,不是圆弧。第二、假设的条状土之间,会存在粘聚力与摩擦力。边坡的问题看似比较简单,只有少数的几个参数,但是,这几个参数之间,并不是线性相关。对于实际的边坡来讲,虽然用内摩擦角①和粘聚力C来表示,但对于不同的破裂面,破裂面上的作用力,摩擦力和粘聚力,都是破裂面的函数,并不能用线性的方法分别求解叠加,如果是那样,计算就简单多了。 边坡的破裂面不能用简单函数表达,但是,如果不对破裂面作假设,那又无从计算,直线和圆弧,是最简单的曲线,所以基于这两种曲线的假设,是计算的第一步,但由于这种假设与实际不符,结果肯定与实际相差甚远。

条分法的计算,是来源于微积分的数值计算方法,如果条间土之间,存在相互作用力,那对条状土的力学分解,又无法进行下去。 所以才有了圆弧破裂面的假设与忽略条间土的相互作用的假设。 其实先辈拿出这样与实际不符的理论,内心是充满着矛盾的。 实际看到的边坡的滑裂,大多是上部几乎是直线,下部是曲线形状,不能用简单函数表示,所以说,要放弃求解函数表达式的想法。计算还是可以用条分法,但要考虑到条间土的相互作用。 用微分迭代的方法求解,能够得出近似破裂面,如果每次迭代,都趋于收敛,那收敛的曲线,就是最终的破裂面。 参照图3,下面将介绍这种方法的求解步骤。

第7章 土坡稳定分析

第7章土坡稳定分析 一、填空题 1.无粘性土坡的稳定性仅取决于土坡,其值越小,土坡的稳定性越。 2.无粘性土坡进行稳定分析时,常假设滑动面为面,粘性土坡进行稳定分析时,常假设滑动面为面。 3.无粘性土坡的坡角越大,其稳定安全系数数值越,土的内摩擦角越大,其稳定安全系数数值越。 4.当土坡坡顶开裂时,在雨季会造成抗滑力矩,当土坡中有水渗流时,土坡稳定安全系数数值。 二、名词解释 1.自然休止角 2.简单土坡 三、简答题 1.举例说明影响土坡稳定的因素有哪些? 2.位于稳定土坡坡顶上的建筑物,如何确定基础底面外边缘线至坡顶边缘线的水平距离? 四、单项选择题 1.某粘性土的内摩擦角?=5?,坡角β与稳定因数(N s=γh cr/c)的关系如下: 定坡角β为: (A)20? (B)30? (C)40? (D)50? 您的选项() 2.土坡高度为8 m,土的内摩擦角?=10?( N s=9.2),C=25kPa,γ=18kN/m3的土坡,其稳定安全系数为: (A)0.7 (B) 1.4 (C) 1.5 (D) 1.6 您的选项() 3.分析砂性土坡稳定时,假定滑动面为: (A)斜平面 (B)中点圆 (C)坡面圆 (D)坡脚圆 您的选项() 4.若某砂土坡坡角为200,土的内摩擦角为300,该土坡的稳定安全系数为: (A) 1.59 (B) 1.50 (C) 1.20 (D) 1.48

您的选项() 5.分析均质无粘性土坡稳定时,稳定安全系数K为: (A)K=抗滑力/滑动力 (B)K=滑动力/抗滑力 (C)K=抗滑力距/滑动力距 (D)K=滑动力距/抗滑力距 您的选项() 6.分析粘性土坡稳定时,假定滑动面为: (A)斜平面 (B)水平面 (C)圆弧面 (D)曲面 您的选项() 7. 由下列哪一种土构成的土坡进行稳定分析时需要采用条分法: (A)细砂土 (B)粗砂土 (C)碎石土 (D)粘性土 您的选项() 8.影响无粘性土坡稳定性的主要因素为: (A)土坡高度 (B)土坡坡角 (C)土的重度 (D)土的粘聚力 您的选项() 9.下列因素中,导致土坡失稳的因素是: (A)坡脚挖方 (B)动水力减小 (C)土的含水量降低 (D)土体抗剪强度提高 您的选项() 10.地基的稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算,规范GB50007规定: (A)M R / M S≥1.5 (B)M R / M S≤1.5 (C)M R / M S≥1.2 (D)M R / M S≤1.2 您的选项()

两种边坡稳定性分析方法比较研究

第10卷 第10期 中 国 水 运 Vol.10 No.10 2010年 10月 China Water Transport October 2010 收稿日期:2010-06-11 作者简介:马玉岩(1987-),男,黑龙江绥化人,武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室水利水电工程施工与 管理专业硕士研究生,主要研究方向为岩土边坡工程研究以及结构设计。 两种边坡稳定性分析方法比较研究 马玉岩 (武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072) 摘 要:以某水电工程岩质高边坡做为实例,将强度折减理论与FLAC3D 软件相结合,通过有限差分程序FLAC3D 软件来模拟分析其稳定性。并与极限平衡方法的分析结果对比,探索两种方法的差异性与结果的可靠性,为确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法提出了有益的参考。 关键词:强度折减法;极限平衡法;边坡稳定性 中图分类号:P642.1 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2010)10-0197-03 一、引言 目前,国内在建和待建的大型水电工程大多坐落在西南、西北高山峡谷地区。我国的水电建设面临着一系列高边坡稳定问题。在现代岩土工程和科学技术的新成就的支持下,确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法,是摆在水利水电工程技术人员面前的任务[1]。 目前工程实践中岩质边坡稳定性定量分析主要有三种方法:解析法(最常用的是极限平衡法)、数值方法和概率法。极限平衡法是最常用的解析法,它是在边坡滑动面确定的情况下,根据滑裂面上抗滑力和滑动力比值直接计算安全系数,此外,关键块理论也属于这样的确定性分析方法。数值方法则是借助计算机进行数值分析(例如有限元、快速拉格朗日分析法、离散元、块体元和DDA 等)从而确定边坡的位移场和应力场,再用超载法、强度折减法等使边坡处于极限状态,从而间接得到安全系数。这种方法同时可以考虑位移协调条件和岩体本构关系等。概率法是将概率统计理论被引用到边坡岩体的稳定性分析中来,它通过现场调查,以获得影响边坡稳性影响因素的多个样本,然后进行统计分析,求出它们各自的概率分布及其特征参数,再利用某种可靠性分析方法,来求解边坡岩体的破坏概率即可靠度[2]。 文中选用某水电工程岩质高边坡做为实例,采用强度折减法和极限平衡法对岩质高边坡的稳定性进行对比分析。 二、边坡工程地质条件 模型宽约为700m,高约为700m。 基岩以中粒结构的灰白色、微红色黑云二长花岗岩为主,并有辉绿岩脉(β)、花岗细晶岩脉、闪长岩脉等各类脉岩穿插发育于花岗岩中,尤以辉绿岩脉分布较多。建模过程中考虑了岩体中对边坡稳定影响较大的几个岩脉。 根据岩体风化特点,岸坡岩体由表向内可划分为全风化带、强风化带、弱风化带、微风化—新鲜岩体。岩体风化的水平、垂直分带性明显。 边坡内无地下水分布。 边坡剖面如图1 所示。 图1 边坡剖面 三、强度折减法 强度折减系数法的基本原理是将坡体强度参数凝聚力c 和内摩擦角f 值同时除以一个安全系数K,得到一组新的c k 、f k 值,然后作为新的资料参数输入,再进行试算,当计算不收敛时,对应的K 被称为坡体的最小稳定安全系数,此时坡体达到极限状态,发生剪切破坏,同时可得到坡体的破坏滑动面。 FLAC3D (Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc 开发的三维快速拉格朗日分析程序。该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳。 文中利用FLAC3D,采用“二分法”[3]实现强度折减法,求解安全系数。 所建计算模型节点为29,646个,单元为24,005个。模型的边界条件:模型四周法向约束,底部固定约束,顶部自由,仅受重力作用。 研究表明,随着剪胀角的增大,安全系数也逐渐增大[4]。不过,Vermeer 和de Borst(1984年)研究证明,一般土体、岩石和混凝土的剪胀角要比它们的摩擦角小得多,且通常在0°~20°内变化[5]。因此,剪胀角对强度折减法计算

以通用条分法进行边坡稳定分析

科技信息 1.引言 条分法是一种基于极限平衡原理的稳定性分析方法,其可分为非严格条分法与严格条分法两种。目前大多数常用的极限平衡条分法均 采用垂直条分法计算安全系数……, 较为完备的是M orgenstern 和Price 提出的方法以及陈祖煜在此基础上发展的通用条分法。早期的一些方 法,如Bishop 法、 Spencer 法等,可以看作是它在一定假设条件下的简化。在众多的条分法中,其核心问题就是如何对条间力进行假设,从而使问题封闭可解。由于垂直条分法仅考虑了力(和力矩)的平衡,不涉及材料的变形,因而,要得到封闭的解答须对滑体的受力特征进行一定的 假设。 一般是从力和力矩平衡条件出发,以一种新的方式给出一般情况下安全系数所应满足的关系。 2.平衡方程 严格法要求土条满足所有的静力平衡条件,即2个力平衡条件及1个力矩平衡条件。以土条为隔离体,其受力分析如图所示。 图1土条受力图 图中符号含义: F 为安全系数;S a 为条底可获得的抗剪力,S a =c l i +N i tg φ,c,φ,l 分别为条底粘聚力、摩擦角、长度;S m 为条底已发挥的抗剪力,U αi 为孔隙水压力;W i 为土条重力;N i 为条底有效法向力;α为 条底倾角; P 左i ,P 右i 分别为土条左、右端条间力;h i ,h i+1分别表征条间力的作用位置;θ2i ,θ1i 分别为土条左、右条间力的水平倾角。 (1)由图可以分别建立水平竖直两个方向的平衡方程:水平方向合力为零,即: P 左i cos θ2i +S m cos αi -(N i +U αi )sin αi -P 右i cos θ1i =0(1)竖直方向合力为零,即: P 右i sin θ1i -S m sin αi -(N i +U αi )cos αi -P 左i sin θ2i +W i =0(2)又由M ohr ———Coulom b 强度准则:S a =c l i +(N i +U αi )tg φ,S m =S a F =c l i +(N i +U αi )tg φF (3) 通常我们易知P 左i 和P 右i 之间存在一定的关系,即:P 右i -P 左i =ΔP i 现以P 右i >P 左i 为例P 右i =P 左i +ΔP i (4) 将(4 )式分别代入(1)(2)式可得P 左i cos θ2i +S m cos αi -(N i +U αi )sin αi -(P 左i +ΔP i )cos θ1i =0(5)(P 左i +ΔP i )sin θ1i -S m sin αi -(N i +U αi )cos αi -P 左i sin θ2i +W i =0(6) 由式(5 )(6)分别可求得ΔP i =P 左i cos θ2i +S m cos αi -(N i +U αi )sin αi 1i -P 左i (7) ΔP i =P 左i sin θ2i +S m sin αi +(N i +U αi )cos αi -W i 1i -P 左i (8) 二者相等可得: P 左i cos θ2i +S m cos αi -(N i +U αi )sin αi cos θ1i -P 左i =P 左i sin θ2i +S m sin αi +(N i +U αi )cos αi -W i sin θ1i -P 左i 即: tg θ1i =P 左i sin θ2i +S m sin αi +(N i +U αi )cos αi -W i i 2i m i i αi i (9) 从而得到θ1i 与θ2i 的关系,即θ1i 可以用θ2i 表示出来。又因为所有的土条满足整体的力平衡状态,即有:∑ΔP i =0 即:∑[P 左i cos θ2i +S m cos αi -(N i +U αi )sin αi ]∑cos θ1i -∑P 左i =0(10)从而可得: ∑S m =∑[P 左i cos θ1i +(N i +U αi )sin αi -P 左i cos θ2i ]i =c l i +(N i +U αi )tg φ(11) 故F= ∑[c l i +(N i +U αi )tg φ]cos αi 左i 1i i αi i 左i 2i (12)其中P 左i ,θ1i ,θ2i 为未知。(2)土条的力矩平衡方程: P 左i cos θ2i (h i '-b tg α)+P 左i b sin θ2i -P 右i cos θ1i (h i +b tg α)+P 右i b sin θ1i =0 (13)h i =P 左i (P 左i +ΔP i )cos θ1i h i 'cos θ2i -b 2(cos θ2i tg α-sin θ2i ∑∑ )+b 2 (tg θ1i -tg α)(14) 将(7)中的ΔP i 代入上式 h i = P 左i cos θ1i P 左i cos θ2i +S m cos αi -(N i +U αi )sin αi h i 'cos θ2i -b 2(cos θ2i tg α-sin θ2i ∑∑ )+b 2 (tg θ1i -tg α)(15)其中P 左i ,θ1i ,θ2i ,S m 中的F 为未知,又由式(9)可以得到θ1i ,θ2i 的关 系,即θ1i 可以用θ2i 表示出来,故h i 是关于h i ' ,P 左i ,θ2i ,F 的函数。 我们可以假设初始植h i ' ,P 左i 均为0则可以通过(7)和(15)假设不 同的θ2i ,F 迭代求h i 直到满足其最后的边界值为零为止。3.结论(1)本文在理论推导过程中采用了与经典公式不同的方法,即将条 间合力的大小,方向P 左i , θ1i ,θ2i ,S m 作为未知数。(2)此方法在计算过程中不需要对方程进行求导,因而通过编程求得其安全系数。 (3)在通用条分法中,不同条块界面上剪切强度和滑动面上剪切强度应该具有不同的折减系数,这有待于今后进一步研究 (4)影响边坡稳定的条件有很多,仅仅通过条间的剪切力确定是远远不够的,比如说条块的形状,大小等都会对滑动趋势产生很大的影响,因此在实际的工程运用中应该充分予以考虑。 参考文献[1]Lee W A ,Lee T ,Sharma S ,et a1.Slope Stability an d Stabilization Methods [M ].New York :Wiley —Interscience Publication ,1996 [2]Fmdlund D C State of the art :analytical methods for slope stability analysis [A ].In :Proceedings of the 4International Symposium on Landslides [C ].Toronto :Ont ,1984.229-250 [3]张鲁渝.一个用于边坡稳定分析的通用条分法.岩石力学与工程学报,2005.2 [4]丁桦,张均锋,郑哲敏.关于边坡稳定分析的通用条分法的探讨.岩石力学与工程学报,2004.11 [5]朱大勇,钱七虎.严格极限平衡条分法框架下的边坡临界滑动 场.土木工程学报, 2000,33[6]杨明成.基于力平衡求解安全系数的一般条分法.岩石力学与工程学报,2005.4 以通用条分法进行边坡稳定分析 山东交通学院 曹丽娜 王日升 [摘要]本文首先介绍了通用条分法的基本方程。它直接将条间力合力的大小和方向作为未知数,并通过一系列的转化求得土条间合力方向间的关系,从而易通过编程求得其安全系数。[关键词]通用条分法边坡稳定 极限平衡 高校理科研究 526——

第七章 土坡稳定分析

第七章 土坡稳定分析 第一节 概述 土坡就是具有倾斜坡面的土体(图7-l )。由自然地质作用所形成的土坡称为天然土坡。由人工开挖或回填而形成的土坡则称为人工土坡。土体重量以及渗透力等在坡体内引起剪应力,如果剪应力大于土的抗剪强度,就要产生剪切破坏。如果靠坡面处剪切破坏的面积很大,则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象,这一现象称为滑坡。 滑坡可分为半无限长滑坡和有限长滑坡。半无限长滑坡是指滑动坡面的长度比滑坡深度大很多,成大平板形状的滑动(图7-2a ),而有限长滑坡是指滑动面的长度与滑坡深度的尺度相当(图7-2b )。粗粒土中的滑坡,一般为深度较浅而形状接近于平面或者由两个以上平面组成的折线形滑动面。粘性土中的滑坡深入坡体内,均质粘性土坡滑动面的形状为对数螺线曲面,在计算中通常以圆弧面代替(图7-3)。 土石坝是常见的大型人工土坡,它是近代坝工建筑中广泛应用的一种坝型。目前土石坝的坝高已达到300m 以上。 高土石坝的土石方量巨大,因此选择安全可靠而又经济合理的断面就是一个十分重要的问题。一座高100m 的土坝(图7-6),如果上、下游坝坡能从1:2.5减小到1:2.0,每一延米断面可节省土方量5000m 3。一公里坝长就可节省土方500万rn 3,这是一个巨大的工程量。然而能否节省取决于边坡是否能保持稳定。因此,土坝边坡稳定分析是土石坝设计中的一项重要的内容。 在边坡稳定分析中,目前工程实践中基本上都是采用极限平衡法。极限平衡法的一般步骤是先假定破坏是沿土体内某一确定的滑动面滑动,根据滑裂土体的静力平衡条件和摩尔-库伦破坏准则计算沿该滑裂面滑动的可能性,即安全系数的大小,然后系统地选取多个可能的滑动面,用同样方法计算稳定安全系数或破坏概率。安全系数最低或破坏概率最高的滑动面就是可能性最大的滑动面。 第二节 无粘性土坡的稳定分析 一、均质干坡和水下坡 均质干坡和水下坡指由一种土组成、完全在水位以上或完全在水位以下,没有渗透水流作用的无粘性土坡。这两种情况只要坡面上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定,整个土坡就处于稳定状态。 从砂堆坡面上取一小块土体来分析它的稳定条件图(7-7a )。设小土体的重量为W ,W 沿坡面的滑动力αsin W T =。垂直于坡面的正压力αcos W N =,正压力产生摩擦阻力,阻抗土体下滑,称抗滑力,其值为φαφtg W Ntg R ?==cos (库伦定理)。定义土体的稳定安全系数F s 为: 1)-(7 sin cos tga tg a W tg a W T R F s φφ=?===滑动力抗滑力 式中,φ—土的内摩擦角(0); α—土的坡度角(0) 式(7-1)与土坡的高度无关,因此安全系数F s 代表整个边坡的安全度。 当Fs=1时,α=φ,α称为天然休止角,其值等于砂在松散状态时的内摩擦角。如是经过压密后的无粘性土,内摩擦角增大,稳定坡角也随之增大。 二、有渗透水流的均质土坡 挡水土堤内形成渗流场,如果浸润线在下游坡面逸出,这时在浸润线以下,下游坡内的土体除受重力作用外,还受渗透力的作用,因而会降低下游边坡的稳定性。先分析浸润线逸出点以下部分边坡的稳定性(图7-8)。如果水流的方向与水平面成夹角θ,则沿水流方向的渗透力i j w γ=。在坡面上取土体V 中的土骨架为隔离体,其有效重量为V 'γ。分析这块土骨架的稳定性,作用在土骨架上的总渗透力为iV jV J w γ==。沿坡内的全部滑动力,包括重力和渗透力,为 )cos(sin θαγαγ-+'=iV V T w 坡面的正压力为

边坡稳定性计算方法.doc

一、边坡稳定性计算方法 在边坡稳定计算方法中,通常采用整体的极限平衡方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不同的分析模式。边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同,粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形;细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形;滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。这里将主要介绍边坡稳定性分析的基本原理以及在某些边界条件下边坡稳定的计算理论和方法。 (一)直线破裂面法 所谓直线破裂面是指边坡破坏时其破裂面近似平面,在断面近似直线。为了简 化计算这类边坡稳定性分析采用直线破裂面法。能形成直线破裂面的土类包括:均质砂 性土坡;透水的砂、砾、碎石土;主要由内摩擦角控制强度的填土。 图9 -1 为一砂性边坡示意图,坡高H ,坡角β,土的容重为γ,抗剪 度指标为 c 、φ。如果倾角α的平面AC 面为土坡破坏时的滑动面,则可分析该滑 动体的稳定性。 沿边坡长度方向截取一个单位长度作为平面问题分析。 图9-1 砂性边坡受力示意图 已知滑体ABC重W ,滑面的倾角为α,显然,滑面AC 上由滑体的重量W= γ(ΔABC)产生的下滑力T 和由土的抗剪强度产生的 抗滑力Tˊ分别为: T=W ·sina 和 则此时边坡的稳定程度或安全系数可用抗滑力与下滑力来表示,即 为了保证土坡的稳定性,安全系数 F s 值一般不小于 1.25 ,特殊情况下可允许减小到 1.15 。对于C=0 的砂性土坡或是指边坡,其安全系 数表达式则变为 从上式可以看出,当α=β时,F s 值最小,说明边坡表面一层土最容易滑动,这时

当F s =1 时,β=φ,表明边坡处于极限平衡状态。此时β角称为休止角,也称安息角。 此外,山区顺层滑坡或坡积层沿着基岩面滑动现象一般也属于平面滑动类型。这类滑坡滑动面的深度与长度之比往往很小。当深长比小 于0.1 时,可以把它当作一个无限边坡进行分析。 图9-2 表示一无限边坡示意图,滑动面位置在坡面下H深度处。取一单位长度的滑动土条进 行分析,作用在滑动面上的剪应力为, 在极限平衡状态时,破坏面上的剪应 力等于土的抗剪强度,即 得 式中N s = c/ γH称为稳定系数。通过稳定因数可以确定α和φ关系。当c=0 时,即无 粘性土。α=φ,与前述分析相同。 二圆弧条法 根据大量的观测表明,粘性土自然山坡、人工填筑或开挖的边坡在破坏时,破裂面的形状多呈近似的圆弧状。粘性土的抗剪强度包括摩擦强 度和粘聚强度两个组成部分。由于粘聚力的存在,粘性土边坡不会像无粘性土坡一样沿坡面表面滑动。根据土体极限平衡理论,可以导出均质粘 这坡的滑动面为对数螺线曲面,形状近似于圆柱面。因此,在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定上稳定分析方法称为圆弧滑动 法和圆弧条分法。 1. 圆弧滑动法 1915 年瑞典彼得森(K.E.Petterson )用圆弧滑动法分析边坡的稳定性,以后该法在各国得到广泛应用,称为瑞典圆弧法。 图9 - 3 表示一均质的粘性土坡。AC 为可能的滑动面,O 为圆心,R 为半径。 假定边坡破坏时,滑体ABC 在自重W 作用下,沿AC 绕O 点整体转动。滑动面AC 上的力系有:促使边坡滑动的滑动力矩M s =W ·d ;抵抗边坡滑动的抗滑力矩,它应该 包括由粘聚力产生的抗滑力矩M r =c ·AC ·R ,此外还应有由摩擦力所产生的抗滑力矩, 这里假定φ=0 。边坡沿AC 的安全系数F s 用作用在AC 面上的抗滑力矩和下滑力 矩之比表示,因此有 这就是整体圆弧滑动计算边坡稳定的公式,它只适用于φ=0 的情况。 图9-3 边坡整体滑动 2. 瑞典条分法

理正边坡稳定分析

第一章功能概述 边坡失稳破坏是岩土工程中常遇到的工程问题之一。造成的危害及治理费用均非常可观。因此,客观的、正确的评估边坡稳定状况,是摆在工程技术人员面前的一道难题。为满足工程技术人员的需要,编制了“理正边坡稳定分析”软件。 该软件具有下列功能: ⑴本软件具有通用标准、堤防规范、碾压土石坝规范三种标准,以满足不同行业的要求; ⑵本软件提供三种地层分布模式(匀质地层、倾斜地层、复杂地层),可满足各种地层条件的要求; ⑶本软件可计算边坡的稳定安全系数、及剩余下滑力; ⑷本软件提供多种方式计算边坡的稳定安全系数; ⑸本软件提供的自动搜索最小稳定安全系数的方法,是理正技术人员研制、开发、应用到软件中,并取得良好的效果。一般情况下,都可以得到最优解。但是对于较复杂的地质条件,建议先指定区域搜索、分不同精度进行分析,逐步逼近最优解,这样才能既快、又准; ⑹对于圆弧稳定计算,本软件提供三种方法:瑞典条分法、简化Bishop法、及Janbu 法。集三种方法于一体,用户可以根据不同的要求采用不同的方法。用户需要注意的是采用后两种方法计算时,有时不收敛,也是正常的。需要用户调整相关的参数再计算或用第一种方法; ⑺软件可同时考虑地震作用、外加荷载、及锚杆、锚索、土工布等对稳定的影响; ⑻特别是针对水利行业做了大量工作,除按水利的堤防、碾压土石坝规范外,还参照了海堤等规范;提供按不同工况—施工期、稳定渗流期、水位降落期计算堤坝的稳定性(具有总应力法及有效应力法); 详细的分析、考虑水的作用,包括堤坝内部的水(渗流水)及堤坝外部的水(静水压力)的作用;尤其方便的是可以将渗流软件分析的流场数据直接应用到稳定分析,使计算结果更逼近真实状况。 ⑼具有图文并茂的交互界面、计算书。并有及时的提示指导、帮助用户使用软件。 本软件可应用于水利行业、公路行业、铁路行业和其它行业在岩土工程建设中遇到的边坡(主要是土质边坡、岩石边坡可参考)稳定分析。

边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析方法 目前,边坡稳定性的研究方法有很多,一般将其分为定性分析法、定量分析法与数值分析法等,其中,定性分析方法中主要有自然(成因)历史分析法、工程类比法、图解法等;定量分析方法中运用最为广泛的是极限平衡法;数值分析法中包括有限元法、离散元法、边界元法等;另外,随着各种新型理论的引入及对边坡认识的深入,不确定性分析方法也更多的运用到了边坡的稳定性研究当中,其中有代表性的研究方法有可靠性评价法、模糊理论评价法、灰色系统理论评价法、神经网络评价法、突变理论评价法及分形理论评价法等等。 由于不同的边坡工程所处具体情况的不同,使得目前对边坡进行稳定性分析、评价尚无统一的方法。众多方法的出现虽然可以使我们从不同侧面了解边坡的稳定性状况,但是这正也说明由于边坡岩体及其工程条件、环境的复杂性,不可能用简单的一种方法就把边坡的特性分析清楚,同时也没有任何一种方法可以解决所有的边坡稳定性评价问题。总的来说,目前进行边坡稳定性评价分析的方法很多,但是各自都有其一定的局限性,定性分析法:不论是类比法、自然历史分析法还是图解法,都是经验性的分析方法,没有实际的根据,所以人为因素影响较大,结论准确性差。极限平衡法:将滑体视为刚体来分析,边界条件过多的进行了简化,并加了许多假设条件,不能解决超静定问题。有限单元等数值分析法:虽然有限元计算方法具有不可比拟的优点,但所建立模型的可靠性、适用性以及分析当中所采用的各种参数的可靠性对边坡稳定性的最终判断有非常大的直接性影响;还有网格划分的不确定性、随意性大,只要能把上述问题解决好,该方法依然是目前对边坡稳定性进行数值分析中最有力的数值模拟工具。模糊理论法:该法当中不同指标的隶属函数、隶属度以及指标的权重值均难以准确确定,带有一定人为性、经验性的成分,且评价结果只能是定性的判断。神经网络法:网络不易收敛,容易陷入局部最小,计算和训练十分费时。由此可见,尽管目前边坡稳定性分析方法比较多,但由于边坡工程的复杂性,更合理的稳定性评价方法还有待进一步的探索、开发。 力学计算法和工程地质法是边坡稳定性分析和验算方法常用的两种方法。 1.力学计算法 (1)数解法 假定几个不同的滑动面,按力学平衡原理对每个滑动面进行计算,从中找出最危险滑动面,按此最危险滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此方法计算较精确,但计算繁琐。(2)图解或表解法 在图解和计算的基础上,经过分析研究,制定图表,供边坡稳定性验算时采用。以简化计算工作。 2.工程地质法 根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及其状态的分析研究,通过工程地质条件相对比,拟定出与边坡条件相类似的稳定值的参考数据,作为确定边坡值的依据。 一般土质边坡的设计常用力学计算法进行验算,用工程地质法进行校核;岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法进行设计。 第一节力学计算法 一、力学计算法的基本假定 滑动土楔体是均质各向同性、滑动面通过坡脚、不考虑滑动土体内部的应力分布及各土条(指条分法)之间相互作用力的影响。

(完整版)土坡稳定性计算

第九章土坡稳定分析 土坡就是具有倾斜坡面的土体。土坡有天然土坡,也有人工土坡。天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡,如山坡、江河的岸坡等;人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物,如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法,学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。 第一节概述 学习土坡的类型及常见的滑坡现象。 一、无粘性土坡稳定分析 学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程,坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。 二、粘性土坡的稳定分析 学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 学习稳定渗流期、施工期、地震期边坡稳定分析方法。 四、土坡稳定分析讨论 学习讨论三个问题:土坡稳定分析中计算方法问题、强度指标的选用问题和容许安全系数问题。 第二节基本概念与基本原理 一、基本概念 1.天然土坡(naturalsoilslope):由长期自然地质营力作用形成的土坡,称为天然土坡。2.人工土坡(artificialsoilslope):人工挖方或填方形成的土坡,称为人工土坡。 3.滑坡(landslide):土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移,以至丧失原有稳 定性的现象。 4.圆弧滑动法(circleslipmethod):在工程设计中常假定土坡滑动面为圆弧面,建立这一 假定的稳定分析方法,称为圆弧滑动法。它是极限平衡法的一种常用分析方法。 二、基本规律与基本原理 (一)土坡失稳原因分析 土坡的失稳受内部和外部因素制约,当超过土体平衡条件时,土坡便发生失稳现象。1.产生滑动的内部因素主要有: (1)斜坡的土质:各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的,如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等,遇水后软化,使原来的强度降低很多。 (2)斜坡的土层结构:如在斜坡上堆有较厚的土层,特别是当下伏土层(或岩层)不透水时,容易在交界上发生滑动。 (3)斜坡的外形:突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下缓的凹形坡易于下滑;由于粘性土有粘聚力,当土坡不高时尚可直立,但随时间和气候的变化,也会逐渐塌落。 2.促使滑动的外部因素 (1)降水或地下水的作用:持续的降雨或地下水渗入土层中,使土中含水量增高,土中易溶盐溶解,土质变软,强度降低;还可使土的重度增加,以及孔隙水压力的产生,使土体作用有动、静水压力,促使土体失稳,故设计斜坡应针对这些原因,采用相应的排水措施。(2)振动的作用:如地震的反复作用下,砂土极易发生液化;粘性土,振动时易使土的结

岩石边坡稳定性分析方法_贾东远

文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。

边坡稳定性分析方法

第二节边坡稳定性分析方法 力学验算法和工程地质法是路基边坡稳定性分析和验算方法常用的两种方法。 1.力学验算法 (1)数解法假定几个不同的滑动面,按力学平衡原理对每个滑动面进行验算,从中找出最危险滑动面,按此最危险滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此方法计算较精确,但计算繁琐。(2)图解或表解法在图解和计算的基础上,经过分析研究,制定图表,供边坡稳定性验算时采用。以简化计算工作。 2.工程地质法 根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及其状态的分析研究,通过工程地质条件相对比,拟定出与路基边坡条件相类似的稳定值的参考数据,作为确定路基边坡值的依据。 一般土质边坡的设计常用力学验算法进行验算,用工程地质法进行校核;岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法进行设计。 3.力学验算法的基本假定 滑动土楔体是均质各向同性、滑动面通过坡脚、不考虑滑动土体内部的应力分布及各土条(指条分法)之间相互作用力的影响。 一、直线滑动面法 松散的砂类土路基边坡,渗水性强,粘性差,边坡稳定主要靠其内摩擦力。失稳土体的滑动面近似直线状态,故直线滑动面法适用于砂类土:

如图2-2-4所示,验算时,先通过坡脚或变坡点假设一直线滑动面,将路提斜上方分割出下滑土楔体ABD,沿假设的滑动面AD滑动,其稳定系数K按下式计算(按边坡纵向单位长度计): 验算的边坡是否稳定,取决于最小稳定系数Kmin的值。当Kmin=时,边坡处于极限平 衡状态。由于计算的假定,计算参数(r,Ψ,c)的取值都与实际情况存在一定的差异,为了保证边坡有足够的稳定性,通常以最小稳定系数Kmin≥来判别边坡的稳定性。但Kmin过大,则设计偏于保守,在工程上不经济。 当路堤填料为纯净的粗砂、中砂、砾石、碎石时,其粘聚力很小,可忽略不计,则式(2-2-3)变为: 式(2-2-3)也适用于均质砂类土路堑边坡的稳定性验算。

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