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基于强度折减法的边坡稳定性分析

周吕

【摘要】假定边坡由砂土或黏性土组成，通过强度折减法对不同土质的边坡进行稳定性分析，从结果中判断滑面形式，为边坡稳定分析方法选取提供参考意见。
【关键词】边坡；强度折减法；安全系数
1.绪言
在土木工程中常常会遇到边坡问题一旦处理不好就会为工程留下隐患，为此许多学者提出了各种近似计算边坡的方法，为边坡稳定性计算提供了切实可行的手段。时卫民[1]等对直线型滑面进行了深入探讨，Bishop，Janbu[2-3]对圆弧条分法进行了深入的研究和完善，赵洪波[4]等对非圆弧型滑动面边坡稳定性分析做了大量分析，郑颖人[5-6]等对强度折减法在边坡稳定分析中取得了丰硕的成果。本文已砂土和黏性土两种土质边坡为例通过plaxis有限元软件对边坡稳定性进行分析，获取不同种类土的滑面形式，为边坡稳定性分析提供一定的参考意见。
2.安全系数求解方法
2.1极限平衡法求解边坡安全系数
极限平衡法作为传统的边坡稳定分析方法其基本理论为：假定一种可能的滑动面，分析临界状态下，土体内部强度与外力之间的平衡，计算土体在自重作用下的边坡稳定。在该方法上已经形成了大量的计算模式和计算方法，本文选取两种常用的模型进行计算，直线型滑面法，和圆弧滑面法，其中圆弧滑面法选用常用的瑞典圆弧条分法进行计算。
2.2强度折减法求解边坡安全系数：
强度强度折减法是将土体的抗剪强度指标 用一个折减系数F，如式（2.2）和（2.3） 所示的形式进行折减，然后用折减后的虚拟抗剪强度指标 ，取代原来的抗剪强度指标 。计算公式如下所示：
（2.1）
（2.2）
通过不断增加折减系数F，反复计算直到边坡发生临界破坏，此时所得的折减系数及为安全系数K。
3.算例
使用plaxis有限元软件对土质边坡进行强度折减法分析。选用砂土和黏性土两种土坡，其它参数见下表：
表3-1 土坡主要参数
种类 重度kN/m3 弹性模量kN/m2 泊松比 黏聚力kN/m2 内摩擦角
°
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有限元强度折减法计算结果
采用plaxis有限元强度折减法分析砂土边坡破坏面形态，结果图如下所示：
图3.1.1 强度折减法计算砂土边坡云图
从图3.1.1可以看出砂土边坡在强度折减法计算下，临界破坏时，滑动面接近直线。
采用plaxis有限元强度折减法分析黏性土边坡破坏面形态，结果图如下所示：
图3.1.2 强度折减法计算黏土边坡云图
从图3.1.2可以看出黏性土边坡在强度折减法计算下，临界破坏面接近圆弧面。
大量觀测资料表明，对于黏性土坡而言滑动面近似于圆柱面，在横断面上近似于圆弧线。对于砂性土坡而言其滑动面接近于平面，在横断面上近似接近于直线，算例与实际情况相符。
4.结论
1.在边坡稳定性分析时，可以采用强度折减法对边坡滑面形态进行预测。
2.对于砂土边坡而言边坡破坏是滑动面接近于一条直线，对于黏性土边坡滑动面接近于圆弧线，与传统极限平衡法假定和实际观测资料相符。
参考文献
[1]时卫民，郑颖人，张鲁渝，邓卫东. 滑移面为直线假设下的斜坡稳定分析[J]. 公路交通技术，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]赵洪波. 边坡非圆弧潜在滑动面全局优化的新方法[J]. 岩石力学与工程学报，2006，S2：3725-3729.
[5]赵尚毅，郑颖人，时卫民，王敬林. 用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J]. 岩土工程学报，2002，03：343-346.
[6]郑颖人，赵尚毅. 有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J]. 岩石力学与工程学报，2004，19：3381-3388.

-全文完-