極限平衡理論在邊坡穩(wěn)定性中的應用

摘要邊坡穩(wěn)定性問題是巖土工程中的一個重要研究內(nèi)容，本文將極限平衡理論應用到邊坡穩(wěn)定性分析中，通過解析法和數(shù)值法分析，結(jié)果表明該邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。因此，為保證滿足安全強度儲備要求，要做好排水、加固等預防處理措施。

關(guān)鍵詞 邊坡穩(wěn)定性 極限平衡法 瑞典條分法

中圖分類號：TU4文獻標志碼：A

Application of Limit Equilibrium in Slope Stability

HOU Xiaobing， WANG Xia'nan

(Anyang Institute of Technology， Anyang， He'nan 455000)

AbstractSlope stability problem is an important research content in geotechnical. This article will limit equilibrium theory to slope stability analysis， through analytical and numerical method analysis， the results show that the slope is in a stable state. Therefore， to ensure the security strength to meet reserve requirements， must do the drainage， reinforcement and other preventive treatment measures.

Key wordsslope stability; limit equilibrium; Sweden slice method

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的日益發(fā)展，在諸如水電、露天采礦、能源及、交通及建筑領(lǐng)域出現(xiàn)了越來越多的高陡邊坡，而這些邊坡由往往成為制約該工程是否經(jīng)濟合理乃至成敗的重要因素。這些邊坡一般被多組斷層、節(jié)理、裂隙、軟弱帶切割，使邊坡存在削弱面，在邊坡角變化、地下水、地震力、水庫蓄水等外因作用下，使邊坡沿削弱面產(chǎn)生相對滑移而產(chǎn)生失穩(wěn)。這種破壞，輕者引起邊坡的破壞，重者摧毀邊坡下的構(gòu)筑物，甚至造成人員傷亡，引起重大的經(jīng)濟損失。由邊坡失穩(wěn)引起的事故在工程界常有所聞。由此可見，邊坡穩(wěn)定性分析在實際工程應用中的作用顯得尤其重要。

邊坡工程的穩(wěn)定性分析歷來是工程界和學術(shù)界極為關(guān)注的研究課題，而邊坡穩(wěn)定性分析和評價一直是邊坡工程的核心問題。它涉及到水利水電工程、鐵道工程、公路工程、礦山工程等諸多工程領(lǐng)域，能否正確評價其穩(wěn)定性常常是此類工程成敗的關(guān)鍵，也是確保工程安全降低建設費用的重要環(huán)節(jié)。

1 理論計算模型

根據(jù)已有的研究成果， 本文采用瑞典條條分法理論模型，即滲透壓力與土條中的水重和周邊靜水壓力是一對平衡力。土條受力分析見圖1。

圖1土條受力分析圖

滑面BC上的下滑力為：

S = (W1 + W'2) sin + Dcos ( - )(1)

滑面BC上的抗滑力為：

R = [(W1 + W'2)cos - Dsin( - )]tan + (2)

D= hL cossin(3)

W1 —土條中浸潤線以上土體的重力；

W'2—土條中浸潤線以下土體的浮重；

—為土條底面與水平方向的夾角；

—土條中浸潤線與水平向的夾角；

D —滲透力，其實質(zhì)是土條周邊的水壓力和水重；

C —粘聚力(kPa)；

—內(nèi)摩擦角(€?；

—容重(kN/m3)，

—為水的重度；

L —滑弧弧長(m)。

滑坡的穩(wěn)定系數(shù)：

(4)

根據(jù)以上計算理論公式即可對邊坡工程的穩(wěn)定性進行計算分析。

2 工程應用分析

貴州省某一均勻黏性土坡，高20m，邊坡為1：2，根據(jù)現(xiàn)有的工程資料，經(jīng)過計算所確定的參數(shù)：填土黏聚力c = 10KPa，內(nèi)摩擦角 = 20€埃囟取?= 18 kN/m3。分別采用解析法和數(shù)值法分析對比，保證結(jié)果的正確可靠性。

2.1 解析方法分析

邊坡穩(wěn)定性分析計算模型見圖2。

量出各土條中心高度hi，土條寬為8m，并計算sini、cos i、 ∑hisini、∑hicosi等值。

計算滑弧弧長：

L =R =€?98 €?40 = 68.4 (m)

計算安全系數(shù)：

圖2瑞典條分法計算

在EO延長線上重新選擇滑弧圓心O2、O3、…，重復上列計算，從而求出最小的安全系數(shù)，即為該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。

2.2 數(shù)值模擬分析

邊坡安全系數(shù)是衡量邊坡穩(wěn)定性的重要指標，與水文地質(zhì)條件考慮的深度和廣度，各項試驗的可靠性，強度指標的選用，采用的破壞形式、計算方法等因素有關(guān)。為了評價各項工作的程度和提供穩(wěn)定性計算參數(shù)的可靠性，可將上述影響穩(wěn)定性各種因素用數(shù)值指標來評價（見表1）。

表1邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)評價表

在工程實際中，當計算出的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)K≥[K]時，認為邊坡是穩(wěn)定的；當K≤1.0時，則認為邊坡是不穩(wěn)定的；而當安全系數(shù)K在1.0~1.25時，就不能保證邊坡的絕對穩(wěn)定。原因有多種，例如，巖土體性質(zhì)會發(fā)生變化，計算穩(wěn)定性所采取的幾何模型及參數(shù)與實際的差別以及水壓或工程擾動的影響等因素都是不容忽略的。

表2三種分析方法的計算結(jié)果

基于極限平衡理論的Ordinary法、Bishop法和Janbu法所計算出的安全系數(shù)見表2，瑞典條分法計算出的安全系數(shù)見圖3。

圖3瑞典條分法計算結(jié)果圖示

此三種方法所求出的安全系數(shù)均位于1.0~1.25之間，其中Bishop法穩(wěn)定性系數(shù)最大，Janbu法得到的穩(wěn)定性系數(shù)最小，但差別很小，所以利用這三種方法計算本邊坡的穩(wěn)定性是合適的，結(jié)果說明該邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，因此必須考慮預防和加固處理措施。

3 結(jié)論

（1）通過Geo-slope軟件，運用極限平衡理論對邊坡穩(wěn)定性進行分析，數(shù)值法與解析法的模型分析結(jié)果基本相同。因此，slope軟件用于邊坡穩(wěn)定性分析的可靠性得到充分地驗證，效果良好， 且對均質(zhì)和非均質(zhì)的土坡均適用。

（2）三種計算方法所得到的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)相差很小，說明利用此三種分析方法是合理的。由于邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)位于1.0~1.25之間，因此在考慮水壓或者工程擾動時，其強度儲備得不到滿足，不能保證邊坡是絕對的穩(wěn)定，需要做好排水和加固等處理措施。

（3）降雨要素對于邊坡穩(wěn)定性的影響不可忽略。尤其是當降雨強度等于邊坡土體的入滲強度，且邊坡土體處于完全飽和狀態(tài)的時候，邊坡土體的穩(wěn)定性系數(shù)最低，最容易發(fā)生邊坡失穩(wěn)，因此，要做好預防處理措施。

參考文獻

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