边坡稳定的分析计算

2024-07-07

边坡稳定的分析计算（精选12篇）

边坡稳定的分析计算第1篇

1 边坡稳定计算的方法概述

目前,工程中常用的方法有条分法。随着数值分析方法在工程领域应用技术的成熟,人们常用有限元法进行坡体稳定分析,另外,还有些学者尝试采用其他数学方法进行坡体稳定分析。目前边坡稳定性评价方法多种多样,但由于边坡稳定受多方面因素影响,而各因素具有不确定性(模糊性、随机性、信息不完全性和未确定性)和复杂性,故传统的确定性分析方法如极限平衡理论用于边坡分析,结果不十分理想。但不论是确定性分析如蒙特-卡洛模拟法、一次二阶矩法,还是不确定性方法如模糊数学、灰色理论、数量化理论、信息模型法等,其用于边坡稳定性评价的准确性与实际情况仍有差距。

条分法是边坡稳定分析理论中重要的内容。力学模型简单,可以对边坡进行定量的稳定性评价,已被工程人员广泛地采用。1916年瑞典人彼德森最早提出了条分法。假定土坡稳定问题是平面应变问题,并对圆柱形滑裂面以上的土体划分垂直条块,计算中不考虑土条间的作用力,定义安全系数为滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比。之后,Fellenius(1936年)、Bishop(1955年)Morgenstem和Price(1965年)Jambu(1973年)等许多学者对条分法进行了进。其中,Bishop(1955年)重新定义安全系数为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生剪应的比值,使得物理意义更明确。为了将坡体稳定分析中的超静定问题转化为静定问题,一些学者尝试将条块间的作用力做了人为假定。例如Bishop(1955年)假定土条左右面上的剪力相互抵消;Morgenstem和Price(1965年)假定了条分面上剪力和水平推力比值的函数关系f(x),并认为在垂直面上的应力分布不应破坏屈服条件并且保证土条接触面上不产生拉应力;Janbu(1973年)假定了推力线的位置。

经过长期工程实践,条分法已成为边坡稳定分析的主要方法之一。同时,也是一个非常活跃的研究对象,不断有学者对其进行完善和补充。

条分法也存在一些问题,所作的人为假定的合理性直接影响到稳定分析的准确性。针对这种情况,有学者针对条块间内力作任何假定。利用极限分析的方法,使用最优化技术直接调节条块间及滑裂面间的内力,使得对给定的滑裂面安全系数取最大值,对多个不同的滑裂面寻求使安全系数为最小的临界裂面,使采用的条分法模型更加合理。

由于条分法不能考虑坡体中的应力应变状态,目前,已有许多学者采用有限元法来分析坡体稳定问题。有限单元法是数值模拟方法在边坡稳定评价中应用得最早的方法,也是目前最广泛使用的一种数值方法,可以用来求解弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题。其优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质和不连续性,可以给出岩体的应力、应变大小和分布,避免了极限平衡分析法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点,可近似地根据应力、应变规律去分析边坡的变形破坏机制;但它还不能很好地求解大变形和位移不连续问题,对于无限域、应力集中等问题的求解还不理想。

纵观边坡稳定分析方法的发展,各种方法均没有达到真正完满解决工程实际问题,对理论模型的辨识、本构关系、计算参数、仿真方法都需作进一步深入具体研究。同时,由于各种技术革新、数学、力学及计算机技术的快速发展等均向理论分析不断提出新挑战。针对岩土工程的如此多的不确定性,我们不能只沿用传统的思维方式处理,而应转换思维,不仅要正向思维,即从事物的必要性出发,根据试验建立模型,在特定条件下求解;也要逆向思维,

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,因此,依托于计算机技术,形成集成式智能评价系统,是未来发展的一种趋势。同时由于边坡工程常依赖于经验,故利用边坡工程的失稳和稳定实例来建立系统,考虑多种因素影响,使多学科交叉融合,研究开发基于案例推理的边坡稳定的综合集成式智能评价系统,也将是未来的发展方向之一。

2 工程上边坡稳定计算的常用方法

按工程经验,一般情况下,粘性土的中的形状与圆弧相似,砂性土破裂面一般为直线,而我们在珠三角地区,多为粘性土质,甚至是淤泥或淤泥质土,其破裂面一般近似为圆弧形,因此一般我们计算时推荐采用圆弧滑动法,这方法计算方便,容易被一般的工程技术人员接受,而且国内在确定强度指标和选取合适的安全系数方面积累了很多的经验。

在运用圆弧滑动法计算时,我们常用以下几种方法进行计算:

瑞典条分法。瑞典条分法不考虑土条的条间力;

简化Bishop法。此方法考虑土条的水平条间力,但计算比较复杂;

Janbu法。此法考虑土条的条间力,计算也比较复杂。

我们在工程中比较推荐瑞典条分法的计算成果,只是用简化Bishop法和Janbu法的计算结果作比较。

3 边坡稳定计算中常遇到的问题

在边坡的计算中,我们通常需要确定土的强度参数,如粘聚力c和内摩擦角φ。一般的确定方法是我们根据结果取值,土工试验是取样进行室内试验,然后统计得到,但有时由于土的结构性或取样的扰动影响,使得室内土工试验的结果离散性较大或与实际情况误差较大。当我们根据工程的岩土工程勘察报告中提供的数据取值时,常常发现淤泥或淤泥质土较深时,计算的边坡稳定很难满足要求。笔者认为,遇到这种情况,除了结合自身积累的工程经验来判断分析外,有条件时,还可以对工程所在地的现有边坡进行粘聚力c和内摩擦角φ的反算,即假设边坡稳定安全系数为1时反算现有边坡的粘聚力c和内摩擦角φ,与岩土工程勘察报告中的资料作对比分析,通常能把粘聚力c和内摩擦角φ的计算参数适度提高,达到节省工程费用的目的。笔者利用此方法已在罗村一河两岸景观挡土墙工程和漖表水闸等工程中应用,大大节省了工程的投资。

4 结语

作为工程人员,在实际的分析计算中,利用圆弧滑动法中的瑞典条分法已基本能满足一般工程的设计要求,这种方法已通过国内的实践证明。为了贯彻“多种方法、综合分析、合理选定”方针,同时可采用其他的方法计算,并对结果进行比较。而在边坡的稳定分析计算中,常通过对现状的自然边坡反算粘聚力c和内摩擦角φ,往往能将稳定计算时的c值和φ值适度提高,达到节省工程投资的目的。但应用这种方法时需结合当地的工程经验和岩土的特性,否则容易造成工程事故。

摘要：边坡稳定的分析计算是工程人员常常需做的工作,笔者结合工作的经验积累,结合国内现在边坡稳定计算的现状和发展,对边坡稳定的分析计算方法作了概述,并结合工程的经验,指出了工程人员较为适用的计算方法,同时对在实际工程中进行边坡的稳定分析计算时遇到的工程问题作了简述。

指定界面边坡稳定分析方法的改进第2篇

指定界面边坡稳定分析方法的改进

垃圾填埋场场底防渗系统经常作为软弱层需要分析沿其界面的稳定性,目前常用软件不能直接用于分析,需要对输入的.模型进行改进,以求稳定分析更真实地反应出边坡在指定界面处的安全系数.

作者：余国平YU Guo-ping 作者单位：中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌,330002刊名：有色冶金设计与研究英文刊名：NONFERROUS METALS ENGINEERING & RESEARCH年，卷(期)：30(6)分类号：X703.1关键词：稳定分析垃圾边坡指定界面

基于强度折减法的边坡稳定性分析第3篇

【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，此时所得的折減系数及为安全系数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17.01.30e40.3035.0

黏性土16.01.0e40.3515.015.0

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。

大量观测资料表明，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.

边坡稳定的分析计算第4篇

目前,随着西部大开发战略的实施,黄土高原正在进行大规模的开发与建设,在许多大型工程和基础设施的建设中,必然会遇到许多黄土自然边坡和人工边坡的稳定性问题。工程活动影响的土体大多属于非饱和土,土中气相的存在,显著影响着黄土的工程性质。由于黄土高原处于干旱半干旱地区,地下水位较深,边坡中的土体具有负孔隙水压力,负孔压的存在加大了土颗粒间的压力,土的抗剪强度从而提高。然而在非饱和土中的负孔压很容易受到外界环境变化的影响,特别是受含水量的变化。含水量的增大对边坡的稳定极为不利,甚至可能因此失稳。除含水量外,坡高及坡角对边坡稳定性也有显著的影响,考虑此三种影响因素,本文对非饱和黄土边坡稳定性问题进行研究。在工程实际中,分析土坡稳定性时大多采用极限平衡法,包括瑞典法、毕肖普法、简布法等。但由于假设条件不同,瑞典法、毕肖普法、简布法所得到的安全系数有所不同,因此,在对非饱和黄土边坡进行稳定性分析时,有必要对这三种方法的稳定性分析结果进行比较研究,以便于工程应用时对三种方法的安全度有一个全面了解。

1 土坡稳定性分析原理

条分法最初是由H.Hultin和Petterson提出的,以后经过了W.Fellennius和Tyler等人不断改进并在世界各国普遍使用。条分法假定土坡稳定问题是一个平面应变问题,滑动面是一个圆柱形,土坡稳定的安全系数定义为用滑动面上的全部抗滑力矩与滑动力矩之比。

随着土力学的发展,不少学者对条分法的改进进行了研究。他们的研究主要有两个方面:一种是探索最危险滑动弧位置的规律,以减少工作量;另一种是对基本假设作些修改和补充,提出新的计算方法,使之更加符合实际。其中Bishop等人把安全系数Fs定义为沿整个滑动面上土体的抗剪强度τf与实际突破滑动面上的剪应力τ之间的比,即Fs=τf/τ。这就使得安全系数的物理意义更明确,而且适用的范围更加广泛。为以后的非圆弧滑动面分析及考虑土条件的相互作用力的假定提供了有利条件。

2 计算流程

由于上述方法工作量相当大,故利用FORTRAN语言,编写三种方法计算程序进行计算。限于篇幅,仅以瑞典条分法为例介绍计算流程(见图1),其他两种方法与之类似。

3 计算结果与分析

取黄土地区的简单均质土坡进行计算分析,坡高分别为5 m,7 m,9 m,11 m,含水量取15%,坡角为60°,土体内摩擦角为22°,分别采用瑞典法,毕肖普法和简布法计算上述不同参数组合的黄土边坡的稳定性系数。考虑到黄土抗剪强度随含水量的变化主要在于粘聚力随含水量的变化,黄土内摩擦角随含水量的变化不大,因此,计算时根据含水量确定粘聚力。对黄土边坡的稳定性系数计算结果如表1所示。

前文采用瑞典法、毕肖普法和简布法对黄土边坡的稳定性进行了计算,根据计算结果绘制不同条件下稳定性系数随坡高变化关系曲线如图2所示。

从图2可以看出,无论用何种方法,边坡安全系数均随着坡高的增大而减小,这与人们对边坡稳定性的认识是相同的,说明此种计算方法是合理的也是可靠的。进一步分析可以看出,简布法与毕肖普法均为随着坡高的增加,安全系数降低的速度逐渐放缓。但瑞典法与二者不同:随着坡高的增加,安全系数的变化趋势为开始降低的很平缓,在坡高超过某一值时安全系数出现陡降的趋势。变化其他土性参数后进一步表明,对简单均质的非饱和黄土边坡,无论土性参数和边坡几何参数如何变化,三种方法所计算出来的结果大致相同。在条件相同时,简布法计算所得安全系数始终大于毕肖普法,瑞典法与此二者比较大小关系较复杂;三者计算所得安全系数的差值是不容忽视的,该差值可高达0.7。

摘要：介绍了一种运用Fortran语言进行编程实现边坡稳定分析计算的方法和流程,并选用合理的黄土参数分别用瑞典法、毕肖普法、简布法对不同坡高的黄土边坡进行分析,分析结果表明,简布法计算所得安全系数始终大于毕肖普法,瑞典法与此二者比较大小关系较复杂。

关键词：水泥黄土,强度特性,影响因素

参考文献

[1]朱丽娟.降雨影响下的非饱和黄土边坡稳定性分析[J].科技风,2010(19):220-221.

[2]宋锦鹏,刘银霞,鲍迎水.陕北黄土边坡稳定性分析[J].延安大学学报(自然科学版),2010,29(1):50-52.

[3]张少宏.黄土边坡稳定计算中参数的敏感性分析[J].水利与建筑工程学报,2003,1(3):40-42.

边坡稳定的分析计算第5篇

将传统极限平衡方法与有限元法相结合进行边坡的稳定分析.首先采用有限元法计算土体单元的正应力和切应力,然后根据极限平衡原理计算边坡的稳定安全系数,并确定可能滑动面的形状和位置.算例表明,该方法不仅能够计算得到安全系数,而且能够得到边坡土体各处的`应力、应变、位移等信息,进而为全面评价边坡的稳定性提供参考.

作者：钱来来李利平作者单位：钱来来(长兴县水利局,浙江,长兴,313100)

李利平(长兴县水利水电建筑工程公司,浙江,长兴,313100)

加筋土边坡稳定性的影响因素分析第6篇

【关键词】强度折减；似摩擦系数；轴向拉伸刚度；筋带间距

【Abstract】Existing specification does not affect the stability of reinforced soil comprehensive analysis of the factors， which Based on the strength reduction finite element analysis of reinforced soil slope stability influence factors more fully reflect geogrid reinforcement effect： like the greater the friction coefficient is relatively greater the safety factor； ribs with axial tensile stiffness size will have some impact on the high slope stability， the actual project must ensure that the grid has a certain axial tensile stiffness； in meet the engineering requirements of the stability and displacement control under the premise of the design can be optimized with reinforcement bars with spacing and length， so that the best design.

【Key words】Strength reduction；Like friction coefficient；Axial tensile stiffness；Reinforcement with spacing

1. 引言

鑒于现行规范方法中没有对加筋土体稳定性的影响因素，没有进行全面、充分的考虑，不能确保设计安全[1～6]。因而本文将对加筋土边坡稳定性影响因素，通过数值极限方法进行全面考虑，并进行敏感性分析，而且借助数值极限分析法还可对筋带的长度、间距、刚度等进行设计优化。

2. 工程简介

以某高速公路土工格栅加筋土边坡的实际工程作为算例，如图1（a）所示。高边坡高9.6米，筋带长6.4米，垂直间距为0.4米，共铺设21层筋带。土体重度 γ=19.5KN/m3，粘聚力c=5KPa ，内摩擦角φ=35° ，筋土界面摩擦系数等于0.44，筋带轴向拉伸刚度EA=1000KN/m 。采用有限元强度折减法进行该高边坡的稳定性分析，得到安全系数等于1.376，滑面位置如图1（b）所示。分析筋土间摩擦系数、内摩擦角、粘聚力、重度、筋带轴向拉伸刚度、筋带长度以及筋带间距对高边坡稳定性的影响。

3. 不同因素影响分析

3.1筋土间摩擦系数。

（1）在PLAXIS有限元计算软件中，参数Rinter 与似摩擦系数相关，可由似摩擦系数求得。当似摩擦系数 f=0.44时，Rinter =0.63 ；当 f=0.14时，Rinter =0.2 。下面通过变化参数 Rinter 来分析其对高边坡稳定性的影响。 Rinter 分别取0.2、0.3、0.4、0.5、0.58、0.66、0.8和1进行计算，计算结果见表1与图2。从计算结果可以看出，安全系数随参数 Rinter 变大也逐渐增大，这是因为筋土间的摩擦是拉筋抗拉强度发挥的前提，也就是说在进行加筋土边坡的设计时应选择能提供较高的似摩擦系数的筋材，从而保证筋土之间有足够的强度，加筋土边坡具有较高的稳定性。从表1看出， Rinter小于0.58以后，安全系数迅速降低，可以按此选用筋带材料。

（2）图3所示的破裂面位置都在加筋土体内部，同时似摩擦系数 f或参数Rinter 越大破裂面的位置越靠前，失稳的范围越小，对应的安全系数越高。

3.2粘聚力。

由表2和图4可以看出，同粘聚力对安全系数的影响一样，随着内摩擦角的逐步提高，安全系数也逐步增大。

3.3内摩擦角。由表3和图5可以看出，同粘聚力对安全系数的影响一样，随着内摩擦角的逐步提高，安全系数也逐步增大。

由表4和图6可知，安全系数随填土重度的增大逐渐减小。

3.5筋带轴向拉伸刚度。

（1）土工格栅加筋土边坡设计中选择合理的土工格栅至关重要，它直接影响到高边坡的稳定性和变形。在PLAXIS有限元计算软件中，土工格栅的材料性质主要是定义弹性拉伸轴向刚度，用表示。

（2）表5中列出了轴向拉伸刚度与安全系数的关系，从表中的计算结果可以看出，当时安全系数已经满足设计要求，再增大，安全系数并没有明显的增加，因而选用轴向拉伸刚很高的土工格栅并无必要。反之，当低于时，安全系数随轴向刚度的减小迅速降低，位移量也迅速增大，所以应该选择轴向拉伸刚度满足要求的土工格栅，而现行的设计计算方法则无法考虑轴向拉伸刚度的影响。从下图所示不同轴向拉伸刚度对应的破裂面位置可以看出，随着轴向拉伸刚度的减小，

破裂面的位置逐渐向高边坡内部移动，失稳区也随之扩大，安全系数逐渐降低，因此轴向拉伸刚度的大小与破裂面的位置和高边坡的稳定性都有关。当时，加筋土边坡的破坏是因为筋带的强度不足而发生的破坏，此时计算得到的破裂面位置与最大拉力点连线的位置是一致的，并且在破裂面以内。由此可见，轴向拉伸刚度选择十分必要，尽量选取最佳的刚度。当时，加筋土边坡的破坏则是由于筋带的轴向拉伸刚度过小，因此筋带的变形过大，丧失了对土体的有效约束，大部分加筋土体进入塑性，导致破裂面后移并进入未加筋的土体。由上可见，数值极限方法也为筋带刚度的优化提供了有效方法。

（3）从表6、图8、图9可以看出，采用有限元强度折减法进行加筋土边坡的稳定性分析能反映不同筋带间距对破裂面位置和安全系数的影响。随着间距的增大，安全系数逐渐减小，但是设计时采用过小的筋带间距也没有必要，反而会造成工程浪费，延长施工时间，只要间距的大小能满足设计安全系数的要求就可以了；随着间距的增大，破裂面的位置逐渐上移。由此可以看出，通过分析不同筋带间距条件下高边坡的稳定性可以确定筋带铺设的合理间距，而传统的设计方法显然无法做到这一点。筋带间距的优化必须结合筋带长度的优化，两者综合可以给出最佳的筋带间距与长度。

4. 结论

通过上述的内容可以看出，基于有限元强度折减法进行加筋土边坡稳定性影响因素的分析，可以克服传统方法的不足，较为全面地反映土工格栅的加筋效果：

（1）通过分析筋土界面似摩擦系数对稳定性的影响可以看出，似摩擦系数越大安全系数也相对越大，计算还表明似摩擦系数不宜小于0.4；

（2）筋带轴向拉伸刚度的大小对高边坡的稳定性会产生一定的影响，实际工程中必须保证格栅具有一定的轴向拉伸刚度，才能满足工程稳定性和和位移控制的要求；

（3）通过分析不同筋带间距下高边坡的稳定性，在满足工程稳定性和位移控制要求的前提下，可以进行筋带间距和筋带长度的优化设计，做到最佳设计，传统的设计方法显然无法做到这一点。

参考文献

[1]张同伟，赵莹莹，张孝存，赵阳阳. 土工格栅加筋土三轴试验研究[J]. 建筑科学，2013，03：64～69.

[2]王旭，劉一通，刘伟. 超高加筋土挡墙有限元方法计算分析[J]. 四川建筑科学研究，2013，02：185～190.

[3]张同伟，赵莹莹，赵阳阳. 土工格栅加筋土三轴试验研究[J]. 河南理工大学学报（自然科学版），2013，01：103～108.

[4]朱登远，张帆. 加筋土的土拱作用[J]. 华东公路，2013，03：86～89.

[5]李金和，郝建斌，陈文玲. 纤维加筋土技术国内外研究进展[J]. 世界科技研究与发展，2015，03：319～325.

[6]林彤. 超高加筋土挡墙的离心模型试验及其在三峡库区移民工程中的应用研究[J]. 岩石力学与工程学报，2001，05：632.

边坡稳定的分析计算第7篇

边坡工程可靠度的计算方法种类繁多, 各有优缺点和相应的适用条件。一般认为蒙特卡罗法 (Monte Carlo) 是一种最简单直接, 并且计算精度最高的可靠度计算方法。Monte Carlo的缺点是计算工作量大, 为此, 应对边坡工程可靠度Monte Carlo模拟次数问题进行探讨, 以便在满足工程计算精度的条件下, 尽量减少运算工作量[1,2,3,4,5,6,7,8]。边坡工程可靠性分析方法首先要建立极限平衡方程, 目前, 使用最广泛的方法是极限平衡法中的条分法。在用条分法进行公路边坡稳定性验算时, 通常, 条块数划分越多, 计算精度越高, 但运算工作量也会急剧增加。专家推荐将边坡条块数划分为8条～10条, 这种经验总结的合理性还需进一步探讨。为此, 本文针对公路边坡工程Monte Carlo法可靠度计算的关键问题开展课题研究。

2 基于蒙特卡罗法的边坡稳定性可靠度计算程序设计

Monte Carlo模拟方法是依据统计抽样理论, 利用计算机研究随机变量的数值方法。MATLAB能直接产生服从各相应概率分布函数的随机变量数组, 设可靠性分析的功能函数g (x1, x2, …, xn) , xi (i=1, 2, …, n) 为服从各相应概率分布函数的随机变量。首先用相应随机数发生器指令产生1×N的随机变量数组xi (k, l) (i=1, 2, …, n;k=1, 2, …, m′;l=1, 2, …, n′) , 然后将各数组中各元素一一对应代入功能函数。统计结果数组中不大于0的元素个数为L, 可得失效概率Pf=L/N。

均质边坡可靠性分析程序框图见图1, 具体的实现步骤如下:1) 建立极限状态方程Z=g (x1, x2, x3, …, xn) ;2) 产生一定数量在 (0, 1) 之间均匀分布的随机数;3) 通过变换, 根据C, φ的具体分布特征产生一定数量的随机数;4) 将这些随机数依次代入已经建立的极限状态方程式;5) 累计记录z<0的次数L及抽样总次数N;6) 当计算抽样次数足够时, 抽样结束, 失效概率为Pf=L/N。

3 边坡可靠度计算的蒙特卡罗法模拟次数研究

3.1 工程概述

衡枣高速K39右侧边坡, 经过现场勘探测量, 该边坡为均质土坡。土坡高度H=6 m, 坡角β=55°, 土的重度γ=18.6 kN/m3。经现场原位测试、土样室内试验和统计分析得到:土的内摩擦角均值φ=12°, 标准差σφ=3.05, 粘聚力的均值C=16.7 kPa, 标准差σC=4.05。土坡几何尺寸见图2。

3.2 边坡可靠度的蒙特卡罗模拟次数研究

边坡可靠度计算的精度与Monte Carlo模拟次数有关。本文用MATLAB分别编制了瑞典法和简化毕肖普法的Monte Carlo可靠度计算程序, 通过对衡枣高速K39右侧边坡实例进行计算, 观察模拟次数由100次～20 000次失效概率随模拟次数的变化情况, 运行结果见图3, 图4。从图3可知, 瑞典法模拟次数在3 000次～5 000次时, 边坡失效概率基本上稳定在25%左右, 误差不超过1%。随着模拟次数的继续增加, 失效概率收敛在25%。从图4可知, 模拟次数在3 000次～5 000次时, 边坡失效概率基本上稳定在11.5%左右, 误差不超过1%。随着模拟次数的继续增加失效概率收敛在11.5%。研究结果表明, 采用蒙特卡罗法进行边坡可靠度计算时, 模拟次数选择3 000次～5 000次较为合适, 能满足工程精度要求。

4 边坡可靠度计算的土条数划分合理性研究

本文结合边坡工程可靠度分析的方法, 在MATLAB软件平台上编制了瑞典法和简化毕肖普法的Monte Carlo可靠度计算程序, 来分析土条数目的划分对可靠度计算精度的影响问题。编制程序时把土条的划分数目和模拟次数的选择定为变量, 采用MATLAB中提供的循环语句for-end语句, 使土条划分的数目由1条增加到数万条, 每次增加1条, 把模拟次数确定为3 000次, 把土条数目的划分设定为变量, 并且采用MATLAB软件中提供的循环语句使土条划分的数目由1条增加到3 000条时, 求解每一次划分土条数时所得到的概率数值, 采用MATLAB中plot命令绘制失效概率随土条数目变化曲线图可看出:

1) 土条数目划分为1条～4条时, 计算所得到的失效概率明显偏高, 计算结果不准确, 变化幅度大。2) 土条数目划分为5条～7条时, 随着条数的增加得到的失效概率逐渐减少, 变化幅度不超过2%。3) 土条划分数目为8条～10条时, 变化幅度不超过1%。随着土条划分数目的进一步增加, 模拟结果与土条划分数目为8条～10条时的模拟结果基本一致。

5 结语

1) 采用蒙特卡罗模拟方法计算公路边坡工程可靠度问题时, 当模拟次数达到3 000次～5 000次时, 一般能满足工程设计的精度要求。2) 采用垂直条分法进行圆弧滑动公路边坡稳定性分析时, 土条数目划分为8条～10条较为合理, 一般能满足工程设计的精度要求。3) 本研究的结论是通过工程实例的模拟结果总结出来的, 其普遍性规律有待进一步研究证明。

摘要：以工程实际为例, 用MATLAB编制了公路边坡工程蒙特卡罗可靠度求解程序, 通过计算结果分析表明模拟次数选择为3000次5000次、土条数目划分为8条10条较为合理, 这时计算精度能够满足工程要求。

关键词：公路边坡,圆弧滑动边坡,可靠度分析,蒙特卡罗法,土条数目划分

参考文献

[1]傅旭东, 赵善锐.用蒙特卡洛方法 (Mont Carlo Method) 计算岩土工程的可靠度指标[J].西安交通大学学报, 1996, 31 (2) :27-28.

[2]祝玉学.边坡可靠性分析[M].北京:冶金工业出版社, 1993.

[3]李猛.边坡稳定可靠度的蒙特卡罗数值模拟及其应用研究[D].郑州:郑州大学, 2004.

[4]何朋朋.基于蒙特卡罗方法的边坡可靠性分析[D].北京:中国地质大学, 2006.

[5]罗文强, 晏同珍.斜坡稳定系数的概率分析[J].地球科学, 1996 (2) :20-22.

[6]姚耀武, 陈东伟.土坡稳定可靠度分析[J].岩土工程学报, 1994, 16 (2) :37.

[7]任锋.结构可靠性分析中的蒙特卡罗数值模拟的应用[J].济南大学学报, 2000, 10 (2) :103-104.

[8]罗文强, 黄润秋, 张悼元.斜坡稳定性概率分析的理论与应用[M].北京:中国地质大学出版社, 2003.

边坡稳定的分析计算第8篇

1 工程概况

1.1 地质构造

本高切坡坡长81 m,坡高8 m～20 m,坡角51°～82°,坡面倾向90°～120°,而组成切坡岩层产状为185°∠20°～191°∠25°,两者近正交,高切坡为横向坡,高切坡的岩体发育三组节理裂隙,其中一组外倾。介质组合类型为岩质,属Ⅰ类高切坡。高切坡岩性组成为紫红色粉砂质泥岩,坡顶分布薄层残积土。高切坡走向近直线形,坡面较陡。高切坡部分段已进行了工程治理,治理长度42.3 m。高切坡形成后,其安全稳定性直接影响巴东卫生院办公及生活区人民的生命财产安全,根据《三峡库区高切坡防护工程地质勘察与初步设计技术工作要求》,工程安全等级为三级。高切坡变形破坏模式为坡面掉块和沿外倾结构面滑动破坏。经稳定性计算,切坡沿外倾结构面滑动的稳定性安全储备不足。

1.2 高切坡岩土体的物理力学性质

岩土体的物理力学指标见表1。

1.3 高切坡工程地质剖面图和高切坡治理工程剖面图

高切坡工程地质剖面图和高切坡治理工程剖面图见图1,图2。

2 边坡有限元分析

几何模型建立采用Solid-Quad 4node单元,重力荷载作用下对其进行稳定性计算分析。位移边界条件为底边对x,y方向位移进行约束。左右两边对x方向进行约束,采用四边形单元网格(见图3)。

3 边坡治理方案

3.1 应力位移分析

有限元分析结果显示,该高边坡在重力作用下有较大的位移变形(如图4所示),处于不稳定状态。图5,图6分别显示y,x方向的位移,由图5,图6可知冲沟区域沿x方向位移较大。根据该边坡岩土工程勘察报告提供的典型计算剖面和物理力学计算参数,由边坡的稳定性力学分析计算可知,该边坡在暴雨状态下处于不稳定状态,安全系数小于二级边坡所规定安全系数要求,因此,必须对边坡进行防治工程治理,以提高边坡滑动破坏的稳定性系数和避免坡面易风化岩土体的进一步局部崩滑、掉块和碎落破坏。

3.2 边坡治理基本参数

计算方法:极限平衡法;计算目标:锚杆(索)支护;边坡高度:15.000 m;结构面倾角:30.0°;结构面粘聚力:60.0 kPa;结构面内摩擦角:20.0°;张裂隙离坡顶点的距离:3.000 m。

3.3 稳定性计算结果

岩体重量:1 773.3 kN;水平外荷载:0.0 kN;竖向外荷载:0.0 kN;侧面裂隙水压力:184.3 kN;底面裂隙水压力:420.7 kN;设计安全系数:1.100;裂隙水离坡顶点的距离:2.000 m。

3.4 锚杆设计结果

锚杆设计结果见表2。

4 建议和结论

1)该高边坡在自然状态下稳定性系数小于规范值。在特殊的情况下,如地震、暴雨的影响下,容易造成山体滑坡,因此要做好相应的抗震和防洪措施。2)通过ANSYS有限元法对该边坡的稳定性进行分析,可以得到边坡失稳状态下的变形情况和相应的位移值,得到边坡内部的应力分布图,因此有限元法可有效地分析边坡稳定性。3)高切坡变形破坏模式为坡面掉块和沿外倾结构面滑动破坏。经有限元软件分析计算,切坡沿外倾结构面滑动的稳定性安全储备不足。4)采用锚杆防护措施对高切坡进行治理。

摘要：根据该边坡岩土工程勘察报告提供的典型计算剖面和物理力学计算参数,采用有限元软件ANSYS数值模拟方法对边坡的稳定性进行了力学分析,根据分析结果采用锚杆支护的方法对该高边坡进行了治理。

关键词：高边坡,稳定性,ANSYS,锚杆支护

参考文献

[1]姜德义,朱合华,杜云贵.边坡稳定性分析与滑坡防治[M].重庆:重庆大学出版社,2005.

[2]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]黄继焕.例述边坡稳定性评价规范方法[J].山西建筑,2008,34(15):88-89.

[4]钱家欢,殷宗泽.土工计算原理[M].北京:中国水利水电出版社,1979.

[5]戴自航,彭振斌.土体滑坡治理的合理设计与计算[J].中南工业大学学报,2000(1):94-95.

边坡稳定分析的技术探讨第9篇

1.工程概况

某水库左坝肩为顺向边坡, 原始地形坡度在40°左右。覆盖层主要为粘土夹风化碎块石, 厚度0~4m, 下伏基岩为中至厚层泥质灰岩, 层间发育2 层软弱夹层, 夹层厚度0.05~0.1m。岩层单斜构造, 产状:N10~15°E, SE∠45°~50°, 倾向右岸, 岩层倾角略大于原始坡角, 自然边坡稳定。由于上坝公路施工, 在高程441m形成施工道路, 其外侧边坡开挖顶高程462m以上保持原始地形, 施工形成边坡坡度约60°, 道路内侧开挖边坡 (约60°) 大于岩层本身倾角, 施工开挖造成边坡切脚, 形成临空面。边坡高程475.0m~465.0m高程坡段有一裂缝, 裂缝发展宽度20cm, 延伸长度约33m, 发育深度2~4m, 主要发育在覆盖层中。施工面揭露2 组岩体裂隙: (1) 产状:N84~88°E, SE∠83°~85°, 裂隙发育宽度1~5mm, 岩屑充填, 延伸长度0.5~3.0m, 即发育间隔2~5m; (2) 产状:N60~75°E, NW∠35°~40°, 裂隙发育宽度一般1~5cm, 岩屑充填, 延伸长度5~27m, 发育间隔2~3m。

2.边坡失稳模式判别

结合边坡岩石特征及结构面发育情况, 可能存在的失稳模式有以下三种:

1、覆盖层滑动: (残坡积粘土夹风化碎块石层)

沿土石分界线下滑或土体本身的弧形滑动, 诱发因素为爆破震动及降雨。

2、强风化基岩滑动:

可能滑动模式为受岩体本身强度及发育的不利结构面组合及边坡下部切脚临空影响, 沿基岩层面下滑或沿层间软弱夹层面下滑, 诱发因素为爆破震动及降雨。

3、弱风化基岩滑动:

可能滑动模式为受岩体强度及发育的不利结构面组合, 及边坡下部切脚临空影响, 沿基岩层面下滑或沿层间软弱夹层面下滑;由于弱风化岩体本身强度相对较高, 其下滑的可能性主要受层间软弱夹层面控制。

边坡坡面上裂缝证明该边坡覆盖层有滑动迹象。第2 种滑移模式受夹层或层面控制, 滑动可能性较大, 故选择第2 种滑移模式计算沿夹层或层面的抗滑稳定。

3.边坡稳定分析

边坡岩体物理力学指标采用值如表1

岩 (土) 体物理力学指标采用值

可能滑移面特性见表-2;

剖面特性表

采用下式计算:经计算剖面夹层抗滑稳定系数:正常运用工况K=0.41, 非正常运用工况K=0.35, 不满足规范要求。

4.加固措施

根据上述计算, 安全系数不满足规范要求, 主要采用清除覆盖层、坡面排水及预应力锚索加固处理方式。

选择单宽计算成果作为加固依据, 根据《锚固与灌浆技术手册》 (第二版) , 其工作锚固力采用下式计算:

设计边坡为永久锚固边坡, 取正常工况抗滑稳定安全系数K=1.5。设计预应力锚索排距为3m, 取3m宽岩体进行计算, 夹层锚固力维6768KN, 层面锚固力为5614KN, 根据锚固力计算, 满足边坡抗滑稳定安全系数每3m宽岩体所施加的锚固力6768KN, 也可满足层面的抗滑稳定要求。本工程选择1×7φps钢绞线, 强度标准值为1720Mpa, 强度设计值为1220 Mpa。单股钢绞线的直径为15.24mm, 则每束预应力锚索截面面积为1276.26 ㎡, 其抗拉强度设计值可达1557KN。设计每束预应力锚索张拉力为1400KN。每3m宽岩体布置锚索5 束 (1400KN/束) , 施加预应力7000KN。设计锚索呈菱形错排布置, 选择1×7φps钢绞线, 强度标准值为1720Mpa, 强度设计值为1220MPa, 单股钢绞线的直径为15.24mm。左右排间距3.0m, 上下排间距3.0m。共布置锚索5 行10 列, 锚束为50 束。底排锚索距下部岩体距离为2.0m, 本次设计预应力锚索的总长度为17-21m。

5.结语:

顺向边坡问题是水利工程中较为常见的问题之一, 而采用预应力锚索的形式对已经切角开挖的岩体进行锚固, 通过边坡稳定计算, 保证安全系数在规范要求之内是较为常见的处理方式。此外可以在边坡底部设置抗滑桩或支挡柱结构, 增大边坡稳定系数, 地质参数往往是影响预应力锚索锚固力计算的重要因素, 合理选择地质参数是控制投资的重要因素。此外还要结合后期监测数据, 及时合理调整锚索个数及锚固力。

摘要：本文以某工程顺向边坡为研究对象, 通过安全系数法分析预应力锚索对水利工程顺向边坡稳定的影响, 希望同类工程做参考。

关键词：预应力锚索,水利工程顺向边坡,边坡稳定分析

参考文献

[1]于海营, 徐中山预应力锚索加固边坡的实践.岩土锚固工程技术

浅谈边坡稳定分析第10篇

1影响边坡稳定的因素

边坡的滑动一般系指边坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外滑动而丧失其稳定性。影响边坡稳定的因素一般有以下几个方面。

1)边坡作用力发生变化。如在坡顶堆放材料或建造构筑物使坡顶受荷，或因打桩、车辆行使、爆破、地震等引起震动而改变原来的平衡状态。

2)土体抗剪强度降低。如土体中含水量或孔隙水压力增加。

3)静水压力作用。如雨水或地面水流入边坡的竖向裂缝，对边坡产生侧压力，并使土的抗剪度降低，从而促进边坡滑动。因此粘性土边坡发生裂缝是边坡稳定性的不利因素，也是滑坡、塌方的预兆之一。

此外，还有动水力作用。在开挖边坡时，若地下水丰富，地下水会向低渗流，对边坡土体产生动水力。动水力对土体稳定不利，严重的会引起流砂现象。

2简单土坡的稳定性分析

所谓简单土坡，系指土坡的坡度不变，顶面和底面水平且土质均匀、没有地下水，如下图所示：

无粘性土坡稳定分析：

如上图所示为坡角为β的无粘性土坡。由于无粘性土颗粒间无粘聚力存在，因此只需位于坡面上的各土粒能自身保持稳定状态不下滑，则整个边坡就处于稳定状态。

受力分析如下：设坡面上某颗粒M所受重为G，砂土的内摩擦角为a，重力G沿坡面的切向分为T=G*sinβ，法向分力为N=G*cosβ。分力T使颗粒产生向下滑动的加速度，称为滑动力。而法向力N在坡面上引起的摩擦力T`=N*tga=G*cosβ*tga该力阻止颗粒M向下滑动，称为抗滑力。抗滑力和滑动力比值称为稳定安全系数，用K表示，即K=T`/T=cosβ*tana/G*sinβ=tana/tana由上式可知，当β=a时，K=1，即抗滑力等于滑动力，土坡处于极限平衡状态。因此土坡稳定的极限坡角等于砂土的内摩擦角a。此坡角称为自然休止角。从式中亦可看出，无粘性土坡的稳定性与土坡高度无关，而仅与坡角β有关，只要β1)土坡就是稳定的。实际工程中为保证土坡具有足够的安全储备可取K=1.1～1.5。

边坡稳定的分析计算第11篇

【关键词】岩质高边坡；稳定性；防治措施

前言

基于假定不连续面对边坡稳定性起控制作用的分析方法——极限平衡法，虽然有些方面仍不完善，但就当前的研究状况而言仍不失为一种较为实用的分析方法。对其进行合理的改进以提高其准确度并使其能够更方便地应用于工程实践是有必要的。下文首先就其稳定性分析，其次探析其防治措施。

一、关于平面滑动破坏型边坡的水压分布假设

对于满足平面滑动破坏假定条件的边坡，在选定可能的滑动面和张裂隙组合后，考虑张裂隙和滑动面上的水压影响时，稳定性系数可由下式计算：

式中各参数由图1可得：

式中：水和岩体的容重

众所周知，虽然张裂隙和滑面上的水压可能不是很大，但由于它们是作用在很大的面积上的，因此这个力对边坡的稳定性往往很重要，如何合理假定其水压分布也与计算结果紧密相关。在推导上述边坡安全系数计算公式时曾假定：张裂隙和假想滑面的水压分布从张裂隙底至破坏面与坡面相交处线性地减少（如图1所示）。

这种水压的分布，在很多边坡中与实际水压分布差异不大，能够起到在保证一定精度的条件下简化问题的目的，但有几种现实的情况将使假设偏离实际的情况较远。如果将其影响考虑进来可能使分析的可信度更高。

二、岩质高边坡的设计和防治措施

岩质高边坡的防治措施由稳定措施、防护措施和报警措施及其组合构成。

1.施工设计

从改善岩质高边坡稳定性出发，开挖法既减少了促成破坏的下滑力，又可以清除引起斜坡破坏的不稳定或潜在不稳定部分，其主要问题和缺点是费用高。

2.加固

由于岩体中存在断层、节理、裂隙、层面及软弱夹层等结构面和软弱面，使得岩质边坡的稳定性问题较土质边坡要复杂得多。再加上岩石质地坚硬的特点，使得岩质高边坡的加固处理显得很特别。岩质高边坡的加固处理必须满足以下几个条件：（1）影响足够深远但不破坏岩体完整。岩体中断层及软弱夹层等软弱结构面的位置有时离坡面很远，这就要求加固措施能深入影响到岩体内部；但同时又不能破坏岩体的整体性，给岩体稳定带来新的不利因素。（2）对周围环境不致产生大的破坏。本文中反复提到保护边坡生态环境问题。这一问题在边坡开挖时就应该考虑，并一直贯穿于整个边坡治理阶段中。（3）方便施工。考虑到以上因素，采用预应力锚杆和锚索锚固技术是岩质高边坡加固中最经济有效的一种方式。预应力锚固技术原理就是用高强度的钢材或钢铰线穿过岩体软弱结构面，再使其长期处于高应力状态下的受拉结构，从而增强被加固岩体的强度，改善岩体的应力状态，提高岩体的稳定性。当软弱结构面离坡面较近时用锚杆，较远时用锚索。一般的高边坡都用锚索。同其他如连体墙、抗滑桩相比，预应力锚固技术具有主动防护的特点。同时由于其对岩体扰动小，施工快而灵活，且影响范围大（锚索可长至80m，预应力吨位可达1500t）等其他锚固措施所不能代替的优点，因此在岩质高边坡稳定性加固处理中得到了越来越广泛的应用。

3.落石防护

一个很小的石块从高边坡上滑下来，到达底部就会产生很大的动能。岩块自然剥落、边坡维护施工、人为因素都有可能造成落石或其他物体的下滑。如果边坡底部有公路、铁路、建筑物等重要设施，会造成很大的破坏作用。在这种情况下，采取落石防护措施是完全必要的。

SNS（Safety Netting System）柔性防护技术是1995年由瑞士引进的一种边坡防治技术，分主动防护系统和被动防护系统两大部分。其中被动防护系统就是一种落石防护系统。整个系统由锚杆、拉锚绳、减压环、钢绳网和钢柱及基座几个部分构成。当受到落石冲击时，钢丝绳网首当其冲，冲击力被传递至刚柱，然后最终一部分被传递至基座，一部分则由拉锚绳传递至与岩体相连的锚杆上。为使冲击力得到缓冲，刚柱与基座之间采用了可动联接；拉锚绳上安置了消能元件减压环。与传统金属栅栏、石墙等拦挡结构最大的不同的是它能吸收和分散落石的冲击动能并使自身受到的损伤最小。

三、绿化护坡

绿化护坡又称植物固坡或生态护坡，主要是利用植物来改善边坡岩土层地质状况、减少水土流失，提高边坡稳定性，同时还能改善生态环境和地区小气候。因此，绿化护坡同时兼有稳定防护和改善生态环境的双重功能。对岩质边坡来说，采用植物护坡的方法其作用不仅在于能减弱岩石风化和雨水冲蚀，其绿化边坡、改善环境的意义远大于改善边坡的稳定性状况。

四、实例

某高边坡位于南京市，是宁杭高速公路穿过此地开挖路基形成的路堑边坡，边坡全长370m，坡度45b，垂直高差达80多m，分为8级台阶，属岩质高边坡。组成山体的岩石为粗质熔结（角砾）凝灰岩，全、强风化层只占上部坡顶的一小部分，下部全是中等和微风化层，岩石强度高，在整个开挖段无大规模处于危险方位的断裂，节理面发育，但延伸短，紧闭充填物少，多为稳定结构面。据此提出以下建议：

（1）对于表面完整的微风化区只采取平整措施。

（2）岩坡表面破碎，节理和裂隙发育的地方采用锚杆和钢筋网加固的方法。

（3）坡角修建石墙，防止坡面岩石的风化、侵蚀和落石。

（4）考虑到坡面积大，坡陡建议采取喷播生态种植基的方法来护坡。

（5）景观设计。因地至宜，赋清秀、自然于岩坡。

结论

（1）预应力锚固技术是岩质高边坡加固中有效、方便而且又经济的一种方法。

（2）SNS柔性防护系统在落石防护方面有显著作用。

（3）绿化护坡具有稳定防护和改善边坡环境的双重功能。

（4）边坡的治理不仅要注重稳定性问题，还要考虑生态环境问题。

参考文献

[1]张发明，邵蔚侠.岩质高边坡预应力锚固问题研究[J].河海大学学报，1999.

[2]阳友奎.贺咏梅.斜坡坡面地质灾害SNS柔性防护系统概论[J].地质灾害与环境保护，2000.

边坡稳定的分析计算第12篇

在钻孔灌注桩、地下连续墙施工过程中,由于泥浆的比重大于水,泥浆自重产生的压力既可以用来固壁又可起到润滑、冷却设备作用。因此泥浆常常起着有利于孔壁、槽壁稳定的作用,但是在土质边坡顶部开槽时,泥浆压力却对滑动体起着推动、助滑的作用,此时对边坡稳定起着不利作用。本文就坡顶搅拌桩连续墙围护快速施工形成沟槽和无沟槽的土质边坡进行对比分析,研究坡顶由于施工搅拌桩连续墙对土质边坡的稳定影响。

1土质边坡稳定分析

1.1 均质土坡分析

对于饱和黏性土均质土坡,如图1所示,根据黏性土坡整体圆弧滑动公式计算[1],可得稳定安全系数:

$Κ_{s 1} = \frac{τ_{f} \overset{\land}{L}_{1} R}{W_{1} D_{1}}$ (1)

其中,W1为滑弧范围内滑动体重量;D1为滑动体重心对滑弧中心O的力臂;τf为土体的抗剪强度; $\overset{\land}{L}_{1}$ 为滑弧的长度;R为滑弧的半径。

如果坡顶存在施工荷载,施工荷载对滑弧中心O产生的力矩为Wp,则式(1)可以写成:

$Κ_{s 1} = \frac{τ_{f} \overset{\land}{L}_{1} R}{W_{1} D_{1} + W_{p}}$ (2)

对于饱和黏性土来说,在不排水条件下,φu=0,即φu等于零分析法,因此τf就等于cu,采用φu等于零分析法,则式(1),式(2)就可分别写为:

$Κ_{s 1} = \frac{c_{u} \overset{\land}{L}_{1} R}{W_{1} D_{1}}$ (3)

$Κ_{s 1} = \frac{c_{u} \overset{\land}{L}_{1} R}{W_{1} D_{1} + W_{p}}$ (4)

如果L=11.7 m,H=4.0 m,R=7.5 m,假设饱和黏性土的c=10 kPa,φ=13°,cu=23 kPa,γ=17.9 kN/m3,通过计算可得D1=1.89 m,w=679.5 kN,滑弧 $\overset{\land}{L}_{1} = 14.6 m$ 。如不考虑施工荷载,代入以上参数根据式(3)计算可得图1的整体圆弧稳定安全系数为Ks1=1.96。

1.2 顶部开槽均质土坡分析

对于顶部开槽饱和黏性土均质土坡,如图2所示,泥浆槽深为h,则泥浆对槽壁产生的水平压力为:

$Ρ = \frac{1}{2} μ γ$ 泥h2 (5)

其中,P为泥浆对槽壁产生的水平压力;μ为泥浆压力折减系数;γ泥为泥浆的比重;h为泥浆槽到滑弧的深度。

根据稳定计算公式,稳定安全系数为抗滑力矩除以滑动力矩,则稳定安全系数可写为:

$Κ_{s 2} = \frac{c_{u} \overset{\land}{L}_{2} R}{W_{2} D_{2} + Ρ \times [R c o s (90 ° - α) - h / 3]}$ (6)

如果坡顶存在施工荷载,施工荷载对滑弧中心O产生的力矩为Wp,则式(6)可以写成:

$Κ_{s 2} = \frac{c_{u} \overset{\land}{L}_{2} R}{W_{2} D_{2} + Ρ \times [R c o s (90 ° - α) - h / 3] + W_{p}}$ (7)

假设滑裂面和饱和黏性土的物理力学同前面不变,d1=0.7 m,d2=1.5 m,泥浆比重γ泥=13.0 kN/m3,通过计算可得D1=0.88 m,w=438.4 kN,滑弧 $\overset{\land}{L}_{2} = 7.9 m$ ,泥浆压力 $Ρ = \frac{1}{2} μ γ$ 泥h2=112.32 kN(μ为泥浆压力折减系数,本处取0.75),α=66°。根据式(6)可计算Ks2=1.397。

通过前面计算对比,在存在边坡的区域,如果在边坡附近开槽会增加边坡的不稳定性,在开泥浆槽的情况下边坡的稳定安全系数会减小近1/3,而这种问题恰恰是设计和施工过程中最容易忽略的问题,很可能会诱发边坡稳定性事故。

2案例分析

本工程位于上海松江地区,拟建物区域位于人工填筑的岛屿之上,四周环绕开挖人工湖,人工岛填筑主要由黏性土填筑,其中素填土回填年限约5年～6年,新填土是由于景观需要的后填土,回填年限半年左右,岛中间填土厚度大(3 m～4 m),四周厚度较小(2.0 m),所有填土均未进行分层碾压密实,仅仅是施工机械行走碾压而已。填土后因建筑需开挖7 m深左右的基坑,根据岛上情况采用水泥土搅拌桩进行支护,搅拌桩为格栅状内外侧封闭墙体,靠近河渠侧搅拌桩重力墙厚度为4.20 m。最外侧填土底部距河道边缘河堤为6.0 m～8.0 m,采用双轴搅拌机施工,搅拌桩连续墙宽0.7 m,外侧距填土边缘约为1.5 m。由于本工程施工面积较大,场地搅拌桩施工和其他用水造成地下水位较高,施工速度较快,形成较长的一段水泥土泥浆槽,施工期间由于水泥土搅拌后呈流塑状态,在靠近河渠段施工期间发生滑坡,滑坡处裂缝宽约10 cm～25 cm,裂缝下50 cm可明显见到积水,滑坡范围和滑裂线大致见图3,滑裂线两边错位30 cm～60 cm,沿搅拌桩快速施工形成沟槽的外侧开裂错动,滑坡体浆砌石河堤挤裂推到人工湖中。

场地剖面及顶部水泥土泥浆槽的剖面见图4,图5,根据勘察报告素填土粉质黏土十字板剪切强度为30.7 kPa,淤泥质粉质黏土顶部附近十字板剪切强度为18.3 kPa,取素填土的十字板剪切强度为10 kPa,新近填土的十字板剪切强度为10 kPa,施工均布荷载P=7 kPa。取搅拌水泥土泥浆的容重为18 kN/m3,泥浆压力折减系数μ=0.75。

根据前面推导方法进行稳定计算,采用圆弧滑动法分析,稳定计算公式可写为:

$Κ_{s 1} = \frac{\sum_{i = 1}^{n} c_{u i} \overset{\land}{L}_{1 i} R}{W_{1} D_{1} + W_{p}}$ (8)