土质边坡稳定分析程序设计

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摘 要：目前，圆弧滑动条分法仍是土质边坡稳定分析最主要的方法，通过FORTRAN90语言对瑞典法和毕肖普法进行编程，可以容易的计算土质边坡在有地震力或无地震力时的安全系数。可以根据滑弧圆心和弧脚的变化范围，用优选法选择最危险的滑弧，求得最危险的安全系数。

关键词：边坡 稳定分析 程序设计 安全系数

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-001-02

1 前言

土坡滑动的滑动面多呈圆弧形。圆弧条分法的最大特点是简单实用、能较为直观的给出安全系数，即使在进行抗滑稳定分析前引入了一系列简化假定，也对计算结果的精度损害不大，因而在工程项目中仍被广泛使用。随着计算机技术的高速发展，此法的计算量也得到了大大简化，但因影响边坡稳定的外界因素较多，国内外尚无统一通用的软件面市。鉴此，本文采用FORTRAN语言对土坡的抗滑稳定进行编程，能较为快速有效的找出最危险滑弧圆心及安全系数。

2 圆弧形滑动分析方法简介

圆弧形滑动边坡稳定分析方法主要包括瑞典法、毕肖普法和传递系数法，以前两种应用较为广泛。在考虑有稳定渗流和地震力的条件下，瑞典法与毕肖普法安全系数计算公式分别如式（1）、式（2）所示。

（1）

（2）

其中：F－安全系数，Ci－条块滑面上的内聚力，Li－分条所截滑面段的长度， －内摩擦系数，Wi－土条重，Ev－垂直地震惯性力，Eh－水平地震惯性力， －作用于土条两侧水压力， i－通过条块重心的生垂线与底边法线的夹角，Ui－作用于条块底面上的水压力。适用毕肖普法计算安全系数时，需要通过迭代法进行求解，先假定一个F值，代入公式后求得一个新的F值 ，再以新值进行叠代计算，直到满足为止（ ― 计算精度 ，F*― 叠代计算中的新值）。

3 程序设计

3.1 数据准备

采用优选法进行安全系数的计算，根据事先给定的滑弧圆心和弧脚可能变化的范围，寻找最危险的滑弧，再计算相应的安全系数进行比较。

通常，边坡并非由同种均匀的土体组成，而是由若干物理力学指标不同的土质区域构成，为此，可事先在Auto CAD中建立二维直角坐标系，自下而上通过标号的形式，对边坡土层进行划分。其次，标明各土层顶面的拐点序号，同时也得到这些折点的坐标值。如图1所示（①②③……为折点序号，1、2、3……为土层编号），这样处理可以清楚的表达所划分土条所在的土层，程序在优选出滑弧圆心和弧脚坐标后（或指定滑弧圆心和弧脚坐标），自动搜索选择相应的容重、内摩擦系数和内聚力，同时，按照计算要求，通过式（1）、（2）增加或减少相应项目分子分母项，便可计算土条重和安全系数。如第i个土层重（为第i个土条在第2各土层中的重量，为第i个土条在第6各土层中的重量）。需要输入的已知数据如表1所示。

3.2 程序框图

FORTRAN语言是工程类数值计算应用较为广泛的计算机语言。本程序用FORTRAN90语言编写，共有3个程序段，其中包括一个主程序段和2个子程序段，主程序主要通过文件输入的形式进行已知变量的赋值，并指令相关子程序运行。子程序分别用于规范显示坡面折点坐标和相关参数计算。程序框图如图2所示。

图2

4 算例

假设如图1所示土石坝坡面，稳定渗流期，无地震，无外荷载。上游水位y坐标为27.5米，坝体共采用两种土料，如表2所示。

表2 土层物理指标

按照数据准备的要求，建立相关坐标系，在数据文件中输入相应数据，程序计算结果与STAB边坡稳定分析程序对比情况如表3和图1所示。

表3 安全系数对照表

5 结语

通过以上计算可以看出，利用编制的程序进行土坡安全系数计算，在大大简化计算工作量的同时，还可以根据计算要求调整相应的选项，如可以选择有无地震、有无稳定渗流，可以根据滑弧弧脚和弧底可能通过的土层数，自主拟定计算方案等，与其它单一方法单一计算程序相比，有很大的自主选择空间。其次，计算成果与STAB程序计算结果相近，具有一定的适用价值和参考价值。

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] 陈祖煜.土质边坡稳定分析[M].北京:中国水利水电出版社,2003.

[3] 崔政权,李宁.边坡工程理论与实践最新发展[M].北京:中国水利水电出版社,1999.

[4] 张占锋,王勇智,王代.边坡稳定分析方法综述[J].西部探矿工程,2005,(11):224-226.