圖解法與極限平衡法在邊坡穩(wěn)定分析中的應用

魯寶鋒

河北中核巖土工程有限責任公司

圖解法與極限平衡法在邊坡穩(wěn)定分析中的應用

魯寶鋒

河北中核巖土工程有限責任公司

目前邊坡穩(wěn)定分析主要方法為類比法、圖解法（極射赤平投影）、極限平衡法及有限元分析法。本文主要通過某邊坡案例進行圖解法和極限平衡法的分析計算評價，介紹邊坡穩(wěn)定分析中圖解法和極限平衡法的應用及總結，希望能為后續(xù)邊坡分析評價工作帶來參考。

極射赤平投影；極限平衡法；邊坡穩(wěn)定分析

1 前言

邊坡穩(wěn)定性分析主要方法為類比法、圖解法（極射赤平投影）、極限平衡法及有限元分析法，類比法及圖解法為定性分析，極限平衡法及有限元分析法為定量計算分析。通常邊坡抗滑移穩(wěn)定性計算采用剛體極限平衡法，對結構復雜的巖質邊坡，結合采用圖解法（極射赤平投影和實體比例投影）進行分析，當邊坡破壞機制復雜時，可采用有限元數值極限分析法。本文主要介紹圖解法和極限平衡法的應用。

2 邊坡概況

某核電邊坡為原山體邊坡設計開挖，形成人工巖質邊坡。山體巖性為熔結凝灰?guī)r，屬于堅硬巖。表層為強風化及中等風化巖體，人工邊坡基本為微風化巖體。

原山體邊坡山頂標高+120.0m，原自然山體坡角約25°，開挖后人工邊坡坡腳（場坪標高）+26.0m，人工邊坡坡頂標高+99.0m。人工邊坡設計坡角為52°，分8個階坡，每個階段階坡高8～10m，設3m寬臺階，階段坡角63°。

現(xiàn)選取邊坡某個截面進行圖解法及極限平衡法驗算分析。

3 圖解法分析

對巖體節(jié)理裂隙進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，主要發(fā)育5組節(jié)理裂隙，產狀分別為42°∠80°、72°∠62°、124°∠56°、178°∠74°、201°∠89°，；NW向節(jié)理和NE向節(jié)理為共軛剪節(jié)理（見圖1節(jié)理裂隙玫瑰花圖）。

圖1 節(jié)理裂隙玫瑰花圖

極射赤平投影可直觀地分析各種結構面組合與邊坡坡面的空間關系，確定最不利結構面組合，同時為穩(wěn)定性計算提供邊界條件。根據上述所列結構面，與人工邊坡作赤平投影圖（見圖2）。

由圖可以定性判斷邊坡無整體滑動，無楔形體滑動，邊坡是穩(wěn)定的。

圖2 邊坡與結構面極射赤平投影圖

4 極限平衡法

根據勘察情況及結構面統(tǒng)計分析，采用折線型滑面進行計算。將計算邊坡剖面劃分為18條，其中塊體14至18都為阻滑塊體。計算模型見圖3。

圖3 極限平衡法計算剖面模型

計算參數的選取：

(1)地震峰值加速度，根據勘察報告以及核電廠抗震設計規(guī)范，綜合考慮地震峰值加速度取0.15g。

(2)地震系數。根據核電廠抗震設計規(guī)范，斜坡穩(wěn)定性計算的地震作用根據極限安全地震震動確定，地震作用中的水平地震系數取0.3，豎向地震系數取0.2，水平與豎向地震力按不利方向組合考慮。

(3)巖體相關參數。根據勘察報告及地震參數的確定，相關參數見表1。

表1 巖土相關計算參數表

邊坡穩(wěn)定性計算

本計算采用極限平衡法中的折線法公式為：

N——法向壓力（kN）

φ—巖石的內摩擦角(°)

C——巖石的內聚力(MPa）

L——滑動面長度(m）

T’——阻滑力(×103kN）

T——滑動分力(×103kN）

地震力計算公式：

式中Fi——地震力(kN)；

a——地震峰值加速度（m/s2）；

K——地震系數；

mi——第i條土塊的質量(t)。

相關參數代入公式計算得：

安全系數K＝1.502

綜上所述，在設計開挖坡度52°時，極限平衡法計算出的安全系數K＝1.502，大于《核電廠抗震設計規(guī)范》標準，滿足設計要求。

5 結語

圖解法通過圖示比較直觀地定性判斷邊坡穩(wěn)定情況，同時可為邊坡穩(wěn)定性計算提供邊界條件，極限平衡法為系統(tǒng)地定量計算分析，分析一般巖質邊坡穩(wěn)定性時，結合兩種方法綜合比較分析，更能可靠的評價邊坡穩(wěn)定性。邊坡分析各種方法在實際應用中需更進一步地探討研究邊坡破壞機制原理，分析影響邊坡穩(wěn)定的各種影響因素，建立相對準確的計算模型，以便更準確的進行計算分析。

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