边坡稳定性分析方法
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

边坡稳定性分析方法至今为止,广大学者针对边坡稳定性的分析方法主要包括以下两个方面。
(一)定性分析方法此方法的研究对象主要包括边坡稳定性的影响因素、边坡失稳破坏时的力学作用、边坡的工程价值等,以及结合边坡的形成历史,从定性的角度解释和说明了边坡的发展方向及稳定性情况。
该方法的优势在于充分地分析了影响边坡稳定性中各个因素的相互作用关系,能够快速地评价边坡的自稳能力。
具体包括以下几个方面:(1)自然历史分析法自然历史分析法主要是通过分析边坡发育历史进程中的各种自然影响因素,包括边坡自身的变形情况、发育程度以及边坡分布区域的地貌特征、岩层性质、构造活动等,进而评价边坡的总体情况和稳定性特征,同时也可以预测将来可能导致边坡变形和失稳的触发因素。
该方法对边坡稳定性所做出的评价是从边坡的自然演化方面入手的。
(2)工程地质类比法工程地质类比法首先需要对边坡概况进行充分了解,包括组成边坡的岩体岩性、产状和结构面特征。
然后将目前已知的边坡稳定性情况和需要研究的边坡进行对比,记录两者之间的相似性与差异性,以此分析出所要研究边坡的稳定性情况和破坏模式。
为了能够准确地类比分析,就需要对现有边坡的环境地质条件进行全面的调查记录,并建立数据库。
该方法能够大致判断出研究对象的稳定性发展状况和趋势。
(3)图解法图解法通过在示意图上表示出边坡本身各类参数的组合关系来对边坡的稳定情况、破坏特征、破坏因素以及未来的发展方向进行分析。
常用的图解法包括极射赤平投影、边坡等比例投影等。
该方法的优势在于可以直观地表示影响边坡稳定性的因素。
(二)定量分析方法此方法主要通过数值法和极限平衡法等数学手段,依靠计算软件,更加精确地给出满足实际情况的边坡稳定性分析结果。
(1)极限平衡法主要是按照摩尔-库伦强度准则,通过分析作用在土体上的静力平衡条件来判断边坡的稳定性情况,最常见的极限平衡法是条分法,该方法经过100多年的发展,已经成为目前工程实践中使用最为广泛的一种方法。
边坡稳定性分析方法及其适用条件

边坡稳定性分析方法及其适用条件边坡稳定性是指边坡在外力作用下保持不倒塌或滑动的能力,边坡稳定性分析方法一般可以分为经验法、力学方法和数值模拟方法三类。
不同方法适用于不同类型的边坡,且各方法在分析准确性、工程实施条件、运算速度以及数据要求等方面有所不同。
1.经验法:经验法是基于大量实际工程经验和观测总结出的简化计算方法,适用于边坡规模较小、地质条件比较简单的情况。
根据边坡的高度、坡度、土质等因素,通过经验公式计算出边坡的稳定性系数,从而判断边坡的稳定性。
2.力学方法:力学方法是通过岩土力学原理和边坡土体的力学性质来分析边坡稳定性。
力学方法主要应用于边坡高度较大、复杂地质条件的情况。
常用的力学方法包括平衡法、极限平衡法、有限元法等。
-平衡法:平衡法是基于边坡的平衡条件进行分析的方法,通过计算剪力平衡方程来确定边坡的稳定性。
平衡法适用于坡度较小、土体不饱和、坡面无裂缝等条件下的边坡稳定性分析。
-极限平衡法:极限平衡法是在平衡法的基础上引入抗剪参数的概念,通过计算抗剪参数的极限值来判断边坡的稳定性。
极限平衡法适用于任意坡度、土体饱和或部分饱和的边坡稳定性分析。
-有限元法:有限元法是一种基于连续介质力学和离散化原理的数值分析方法,将边坡土体划分成网格,通过求解有限元方程来计算边坡的应力和变形,并进而判断边坡的稳定性。
有限元法适用于复杂地质条件和复杂边坡形状的稳定性分析。
3.数值模拟方法:数值模拟方法是通过数值计算和模拟来分析边坡稳定性,主要利用计算机和专业软件进行模拟计算。
数值模拟方法通常适用于复杂地质条件、复杂边坡形状、非线性、动力等问题的研究。
常用的数值模拟方法包括有限差分法、边界元法、粒子法等。
总体来说,经验法适用于边坡规模较小、较简单的情况;力学方法适用于边坡规模较大、地质条件复杂的情况;数值模拟方法适用于复杂的边坡形状和非线性、动力问题。
在实际工程中,边坡稳定性分析通常采用多种方法相结合的方式,综合考虑不同方法的分析结果,从而提高分析的准确性。
边坡稳定性分析的方法

边坡稳定性分析的方法
边坡稳定性分析的方法主要包括以下几种:
1. 静态稳定分析:静态稳定分析是最常用的分析方法,通过建立边坡的力学模型,计算坡面上各种力的平衡关系,判断边坡的稳定性。
常用的静态分析方法包括切片法、广义平衡法和极限平衡法等。
2. 动力稳定分析:动力稳定分析考虑了水流、地震和其他动力荷载对边坡稳定性的影响。
常用的动力分析方法包括响应谱法、时程分析法和频率分析法等。
3. 水力稳定分析:水力稳定分析主要关注边坡受水力作用时的稳定性。
常用的水力稳定分析方法包括考虑渗流的有效应力法、Darcy定律法和杨-阿基米德稳定理论等。
4. 弹性稳定分析:弹性稳定分析是一种边坡在小变形下的稳定性分析方法。
常用的弹性分析方法包括有限元分析和边坡材料的拉伸压缩试验等。
5. 强度剩余系数法:强度剩余系数法是基于边坡的强度特性和稳定性要求进行分析的方法。
通过计算边坡的抗滑安全系数和剩余强度系数,评估边坡的稳定性。
6. 现场监测法:现场监测法是通过对边坡进行实时监测,分析边坡的变形、位移和应力等参数,评估边坡的稳定性,并进行必要的修复和加固。
常用的现场监
测方法包括测量、遥感技术和数值模拟等。
综合采用多种方法进行边坡稳定性分析可以得到更准确的结果。
在实际工程中,通常会根据具体情况选择适合的分析方法进行分析和评估。
常用的边坡稳定性分析方法

常用的边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析是土木工程中的一个重要内容,用于评估边坡的稳定性,并确定边坡设计和防护措施。
下面列举了常用的边坡稳定性分析方法:1.切片平衡法:切片平衡法是一种基本的边坡稳定性分析方法,它假设边坡由一系列无限小的土体切片组成,并基于力平衡原理来确定各个切片的稳定条件。
该方法适用于简单边坡稳定性分析,但对复杂地质条件和荷载情况适用性有限。
2.极限平衡法:极限平衡法是一种常用的边坡稳定性分析方法,它假设边坡存在一个明确定义的滑动面,并基于达到平衡的最不利情况,即极限平衡状态来进行分析。
该方法包括切片法、极限平衡法、回缩平衡法等,可以考虑复杂地质条件和荷载情况,适用范围广。
3.数值模拟方法:数值模拟方法是一种基于计算机模拟的边坡稳定性分析方法,包括有限元法、边界元法、离散元法等。
这些方法能够模拟边坡的实际行为,并对多种复杂因素进行定量分析。
数值模拟方法可以更精确地预测边坡的稳定性,并对工程设计提供参考。
4.基于概率的方法:基于概率的方法将不确定因素考虑在内,通过概率分析来评估边坡的稳定性。
这些方法包括可靠度法、蒙特卡洛方法和贝叶斯法等。
基于概率的方法可以提供边坡发生滑移的概率,并在风险评估和安全设计中发挥重要作用。
5.特殊情况下的分析方法:在一些特殊情况下,常规的边坡稳定性分析方法可能不适用,需要采用一些特殊的分析方法。
例如,在边坡潜在失稳或发生滑坡时,可以使用临界状态平衡、能量平衡或地震动力学方法来分析边坡的稳定性。
总之,边坡稳定性分析是土木工程中的重要任务,通过使用上述方法中的一个或多个,可以评估边坡稳定性,从而制定出合理的边坡设计和防护措施,确保工程的安全可靠。
边坡稳定性分析方法和适用条件

边坡稳定性分析方法和适用条件一、经验法:经验法是指根据实际工程经验和历史数据,运用公式或经验关系对边坡稳定性进行初步评估和判断。
经验法主要适用于初步设计阶段,可以快速判断边坡的稳定性,但精度较低。
常见的经验法有切坡稳定系数法和地质力学分类法。
切坡稳定系数法是根据剪切强度理论,将边坡剪切强度与外力因素之比来进行稳定性评估的方法。
常用的切坡稳定系数有库仑切坡系数、比谢尔切坡系数和斜坡承载系数等。
地质力学分类法是将边坡划分为不同类别,根据边坡的形状、岩性、构造、地质断层等因素,选择相应的边坡稳定性参数,进行评估。
常用的分类法有英国地质力学分类法和日本地质力学分类法等。
二、解析法:解析法是指通过建立边坡稳定性的解析模型,运用解析解或解析关系对边坡进行稳定性分析。
解析法适用于边坡形状简单、边坡参数确定明确的情况。
常见的解析方法有切坡法、极限平衡法和承载力平衡法等。
切坡法是通过建立边坡剪切面的切平衡方程,求解边坡的稳定性系数。
切坡法适用于边坡形状不规则、变化较大的情况。
极限平衡法是根据极限平衡状态,建立边坡的稳定性方程,求解稳定性系数。
极限平衡法适用于边坡开挖、填筑以及高边坡等情况。
承载力平衡法是根据边坡土体的强度参数和边坡几何形状,建立力学平衡方程,求解边坡的稳定性系数。
承载力平衡法适用于复杂边坡、非均质边坡的稳定性分析。
三、数值模拟法:数值模拟法是指通过建立边坡的数值模型,利用计算机进行边坡的力学行为分析,求解边坡的稳定性。
数值模拟法适用于边坡形状复杂、地质条件复杂、边坡参数变化大的情况。
常用的数值模拟方法有有限元法、边坡稳定分析软件等。
有限元法是将边坡划分为有限个单元,建立边坡的离散模型,通过求解有限元方程,得到边坡的位移和应力分布,从而进行稳定性评估。
边坡稳定分析软件是基于数值模拟原理,将边坡稳定性分析过程进行自动化处理的软件工具。
常见的边坡稳定分析软件有GeoStudio和Plaxis等。
以上是边坡稳定性分析的几种常见方法,不同的方法适用于不同的情况,工程设计人员可以根据实际情况选择合适的方法进行分析和评估。
边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析方法
1.3岩质边坡破坏模式及影响稳定的因素
1.3.1岩质边坡破坏模式
岩质边坡破坏形式是指坡体结构面成为滑裂面的空间组合形 态特征和滑动的机理。常见的、简单的破坏形式有:
1)简单平面滑动。 2)折线(阶梯形)平面滑动。 3)双滑面(楔形)滑动。 4)圆弧滑动。 5)拉裂(倾倒)破坏。
边坡稳定性分析方法
边坡稳定性分析方法
2. 平衡条件(各力对O的力矩平衡)
边坡稳定性分析方法
3.1 瑞典圆弧条分法 3.1.1整体圆弧法(瑞典圆弧法)
o 广泛使用的圆弧滑动法最初是由瑞典工程师提出的。用于冰川沉 积厚层软粘土
边坡稳定性分析方法
o (一)分析计算方法 o 1.假设条件:
O
R
• 均质土
• 二维 • 圆弧滑动面
dW
• 滑动土体呈刚性转动
• 在滑动面上处于极限平衡状态
对建筑岩质边坡而言,主要是前三种破坏形式 边坡稳定性分析和支护设计,首先应正确判断边坡可能 破坏的形式、规模和边界条件。否则,支护设计必然具有盲 目性,其结果或者使工程隐含安全风险,或者造成重大浪费。
边坡稳定性分析方法
1.3.2 边坡稳定影响因素
边坡的稳定系数(K)是多个地质与工程因素(参数) 的函数。稳定系数是一个随机变量,不再是某个确定值,而 是按某一规律分布在一定范围内的范围值。稳定系数与边坡 存在破坏的可能性大小(破坏概率)并无联系。
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边坡稳定性的定量分析方法【学员问题】边坡稳定性的定量分析方法?【解答】1.刚体极限平衡分析法极限平衡法是根据边坡上的滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态以及边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。
工程中常用的有Fellenius法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer 法、传递系数法、Janbu法、契形体法、Sarma法等;此外还可采用Hovland法和Leshchinsky 法等对滑坡进行三维极限平衡分析。
2.数值分析法数值分析方法是目前使用最普遍的分析方法。
(1)有限元(FEM)法该方法在边坡稳定性分析中得到最早(1967年)应用,是目前广泛使用的一种数值分析方法。
但它不能很好地求解大变形和位移不连续等问题,对于无限域、应力集中问题等的求解还不理想。
(2)边界元(BEM)法与有限元方法不同,它只对研究区的边界进行离散,因而数据输入量较少。
该方法对处理无限域和半无限域问题较理想。
在处理材料的非线性、不均匀性、模拟分步开挖等方面远不如有限元法,同样不能求解大变形问题。
(3)流形法此方法以拓扑流形和微分流形为基础,在分析域内建立可相互重叠、相交的数学覆盖和覆盖材料全域的物理覆盖,在每一物理覆盖上建立独立的位移函数。
在几个覆盖的公共区域内将其所有覆盖上的独立位移函数加权求和既可形成适应于该域的总体位移函数,以次建立岩土工程中连续与不连续介质、动力与静力、大位移与小变形等问题的求解格式,是一种通用的数值分析方法。
(4)快速Lagrangian分析(FLAC)为克服有限元等数值分析法不能求解岩土大变形问题的缺陷,人们根据显式有限差分原理,提出了FLAC数值分析方法。
该方法较有限元方法能更好地考虑岩土体的不连续性和大变形特征,求解速度较快。
其缺点是同有限元方法一样,计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性。
(5)离散元(DEM)法离散元法是由CundallPA(1971年)首先提出并应用于岩土体稳定性分析的一种数值分析方法。
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边坡稳定性分析方法1.1 概述边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题,一直是岩土工程研究的的一个热点问题。
边坡稳定性分析方法经过近百年的发展,其原有的研究不断完善,同时新的理论和方法不断引入,特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。
边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。
任何一个研究体系都是由简单到复杂,由宏观到微观,由整体到局部。
对于边坡稳定性研究,在其基础理论的前提下,边坡稳定分析方法从二维扩展到三维,更符合工程的实际情况;由于一些新理论和新方法的出现,如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识,边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。
同时,由于边坡工程的复杂性,边坡稳定评价不能依赖于单一方法,边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。
1.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法很多,归结起来可分为两类:即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。
不确定性方法主要有随机概率分析法等。
1.2.1 极限平衡分析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。
1.2.2 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。
1.2.3 数值分析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1.2.4 随机概率分析法随机概率分析法在边坡稳定性分析中的出现约在20世纪70年代初, 一方面是由于一些新理论和方法如可靠性理论、模糊数学、灰色预测系统、分形几何、人工智能等的出现;另一方面是由于在边坡工程中涉及的大量不确定性因素越来越被人们认识到, 如岩体性质、荷载等物理方面的不确定性取样、试验的统计不确定性计算模型的不确定性和人为过失造成的不确定性等, 这些不确定性造成的影响尽管通过提高岩石测试和计算技术的精度能在一定程度上减少, 但局部试验的精确性、确定性并不能消除岩石性状宏观判断上的随机性和模糊性, 而且不可能无限度提高单项试验的精度、规模和完善确定性计算方法。
基于对岩体的复杂性和工程的复杂性的认识, 对边坡工程的不确定性和非线性研究已成为当今边坡工程稳定性分析研究的趋势。
边坡稳定性随机概率分析法主要包括可靠性法和模糊分析方法。
可靠性分析引入边坡,通过计算边坡的可靠性指标和破坏概率,充分地反映了各种不确定性因素对边坡的影响情况,能够更全面地体现边坡的稳定情况,避免了安全系数使用过程中的绝对化。
模糊分析方法认为边坡性质及稳定性的界限是不清楚的,具有相当的模糊性,因此可采用模糊理论对边坡稳定性进行研究。
刘明等[72]用模糊划分矩阵与Bayse 方法相结合,给出由小样本试验数据确定岩土参数的概率分布。
模糊理论是应用模糊变换原理和最大隶属度原则,综合考虑被评事物或其属性的相关因素,进而进行等级或级别评价。
该方法难点在于相关因素及各因素的边界值的确定。
1.3 边坡稳定性极限平衡分析法1.3.1 瑞典条分法瑞典条分法是由W.Fellenious等人于1927年提出的,也称为费伦纽斯法。
它主要是针对平面问题,假定滑动面为圆弧面。
根据实际观察,对于比较均质的土质边坡,其滑裂面近似为圆弧面,因此瑞典条分法可以较好的解决这类问题。
但该法不考虑各土条之间的作用力,将安全系数定义为每一土条在滑面上抗滑力矩之和与滑动力矩之和的比值,一般求出的安全系数偏低10~20%。
其基本原理如下:a) 滑动面上的力和力臂b)土条上的力图4.1 瑞典条分法计算简图如图4.1所示边坡,取单位长度土坡按平面问题计算,设可能的滑动面是一圆弧AD,其圆心为O,半径为R。
将滑动土体ABCD分成许多竖向土条,土条宽度一般可取b=0.1R,作用在土条i上的作用力有(见图4.1):①土条的自重W i,其大小、作用点位置及方向均已知。
②滑动面ef上的法向反力N i及切向反力T i,假定N i、T i作用在滑动面ef的中点,他们的大小均未知。
③土条两侧的法向力E i、E i+1及竖向剪切力X i、X i+1,其中E i和X i可由前一个土条的平衡条件求得,而E i+1和X i+1的大小未知,E i的作用点也未知。
可以看出,土条i的作用力中有5个未知数,但只能建立3个平衡条件方程,故为静不定问题。
为了求得N i、T i的值,必须对土条两侧作用力的大小和位置做出适当假定。
瑞典条分法是不考虑土条两侧的作用力,也即假设E i和X i的合力等于E i+1和X i+1的合力,同时它们的作用线重合,因此土条两侧的作用力相互抵消。
这时,土条i仅有作用力W i、N i及T i,根据平衡条件可得:cos i i i N W α= (4.1)sin i i i T W α= (4.2)滑动面ef 上土的抗剪强度为:11tan (tan )(tan )i i i i i i i i i i i ic N c W c l l τσϕϕϕ=+=+=+ (4.3)式中:i α—土条i 滑动面的法线(亦即圆弧半径)与竖直线的夹角;i l —土条i 滑动面ef 的弧长;i c 、i ϕ—滑动面上土的粘聚力及内摩擦角。
土条i 上的作用力对圆心O 产生的滑动力矩M s 及稳定力矩M r 分别为:sin s i i i M T R W R α== (4.4) 整个土坡相应于滑动面AD 的稳定性系数为:11(cos tan )sin n i i i i i i r s n s ii i W c l M F M W αϕα==+==∑∑ (4.5)1.3.2 Bishop 法瑞典条分法作为条分法中的最简单形式在工程中得到了广泛运用,但实践表明,该方法计算出的安全系数偏低。
实际上,若不考虑土条间的作用力,则无法满足土条的稳定。
随着边坡分析理论与实践的发展,许多学者致力于条分法的改进。
毕肖普(A.W.Bishop, 1955)提出了安全系数的普遍定义,将土坡稳定安全系数F s 定义为各分条滑动面抗剪强度之和τf 与实际产生的剪应力之和τ之比,即s f F ττ= (4.6) 这不仅使安全系数的物理意义更加明确,而且使用范围更为广泛,为以后非圆弧滑动分析及土条分界面上条间力的各种假定提供了有利条件。
Bishop 法假定各土条底部滑动面上的抗滑安全系数均相同,即等于整个滑动面的平均安全系数,取单位长度边坡按平面问题计算,如图4.2所示。
设可能的滑动圆弧为AC ,圆心为O ,半径为R 。
将滑动土体分成若干土条,取其中的任何一条(第i 条)分析其受力情况,土条圆弧弧长为l i 。
土条上的作用力如瑞典条分法,其中孔隙水压力u i l i 。