土坡稳定性分析方法综述
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摘要:计算土坡稳定性安全系数的方法通常有二种:一是对构成土体的土条进行受力分析;二是对土坡圆弧滑动体进行整体稳定性分析。但这两种方法均存在不足之处。本文综述了各种土坡稳定性分析方法并做出比较,并给出了工程应用中应注意的问题。
Abstract: There are two methods calculating safety coefficient of slopes stability: one is to analyze soil mechanics on soil slices; the other is to analyze stability of the whole body on slope circular sliding. But both of these methods exist deficiencies. This article summarizes the analysis methods of slopes stability and makes comparisons. And also the problems that should be paid attention to in the application of engineering are presented.
关键词:滑裂面;基本条分法;瑞典条分法
Key words: sliding plane;basic slice method;Sweden slice method
中图分类号:TU4文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0083-01
0引言
土坡稳定性一般用土坡稳定性安全系数来表示。计算土坡稳定性安全系数的方法通常有二种:一是对构成土体的土条进行受力分析。但是此土条受力分析法存在静不定问题。为解决此问题,往往将土条所受的某些应力当零处理。因此,由此法计算的土坡稳定性系数必然存在误差比较大的问题;二对土坡圆弧滑动体进行整体稳定性分析,但假定的土坡圆弧滑动面与实际的滑动面不相符。其计算结果精度差.目前在工程实际应用中,都是应用土体在某一确定强度条件下,假定土体是理想塑性材料,把土条作为一个刚体,按极限平衡的原则进行受力分析,不考虑土体本身的应力一应变关系,建立坡体稳定分析方法,求得土坡稳定的安全系数来进行评价。土坡稳定性计算的方法主要有:瑞典条分法,简化毕肖普法,Morgenstern&Price法,陈祖煜法,Sarma法,Janbu法。
1瑞典条分法
瑞典圆弧滑动面条分法,是将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条,对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析,求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响,因此是条分法中最简单的一种方法。
2简化毕肖普法
毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度与实际产生剪应力的比,并考虑了各土条侧面间存在着作用力根据静力平衡条件和极限平衡状态时各土条力对滑动圆心的力矩之和为零等,可得毕肖普法求土坡稳定系数的普遍公式。毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度τf与实际产生剪应力τ的比,并考虑了各土条侧面间存在着作用力,假设土条二侧力相等方向相反。把有效应力原理引进斜坡分析,还将安全系数定义为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力的比值.这比原先由全部抗滑力矩与滑动力矩之比定义的安全系教原理,适应性广。
3Morgenstern&Price法
工程中很多土坡的外形复杂并不是简单土坡,土坡的土质不均匀,坡顶和坡面作用有荷载,因而滑动面不一定为圆弧形,这给选择滑动面上的抗剪强度和计算滑动或抗滑力矩带来困难,解决的方法是将滑坡体分成一系列铅直薄土条。对任意曲线形状的滑裂面进行分析,导出满足力的平衡及力矩平衡条件的微分方程式,然后假定两相邻土条法向条间力和切向条间力之间存在对水平方向坐标的函数关系,从而根据整个滑动面土体的边界条件求出问题的解答。
4陈祖煜法
陈祖煜法也是普遍条分法的一种。它是在Morgenstern法的基础上对Morgenstern法做了改进,使之更加结合工程实际,考虑了地震力、坡面载荷等因素,从土条的静力平衡得到的微分方程出发,结合相应的边界条件,推导出带有普遍意义的极限平衡方程式。
5Sarma法
Sarma是对土条侧向力的大小分布做出假定。萨尔玛法(Sarma)假想在每一土条重心作用着一个水平地震惯性力,由于它的作用,使滑裂面恰好达到极限状态,也就是使滑裂面上的稳定安全系数F=1,此时水平地震加速度K称为临界地震加速度,以K表示.K作为判断土坡稳定程度的一个标准,同时,萨尔玛推导出切向条间力X的分布,从而使超静定问题变成静定的。
6Janbu法
Janbu法是对土条的侧向力的作用位置作出假定的。Janbu通过假设滑体推力线位置并考虑微分条块的力矩平衡,巧妙地推导出条块水平推力与竖向剪力的关系,再根据条块的力平衡条件导出安全系数迭代求解格式。Janbu普遍条分法因其严格简明而很快在国际岩土工程界广泛应用。但是,大量工程应用表明,Janbu普遍条分法存在着严重的不收敛问题,特别是条块划分过密如100块以上,简单均质边坡的安全系数计算收敛性都难以得到保证。
7应用中常出现的问题
在土坡稳定性分析方法的应用中应注意的问题主要有滑裂面的形状问题,强度指标选择问题和考虑条间力的影响问题。一般来说,土坡滑动时其滑裂面都是非圆弧的,但对于匀质的黏性土坡,真正的临界剪切面与圆柱面相差不大,而且在临界剪切面附近,稳定安全系数的变化也不太灵敏,所以采用圆弧滑动分析仍可得到满意的结果。土体强度指标测定与选用值的精确与否,对土坡的稳定验算关系甚大。在测定土的强度时,应该使试验室的模拟条件尽量符合实际受力情况,使试验指标具有一定的代表性,否则验算结果就可能与实际情况有较大的出入。各类条分法(除瑞典法外)都不同程度的考虑了相邻土条条间力的影响。一般来说,这些影响考虑的愈多,求得的安全系数也愈高。但这绝不是无限制的,特别对于滑裂面是平面、圆柱面或一些简单的光滑曲面,滑动土体下滑时,土体内相邻土条并不会产生很大的相对变形,因此其抗剪阻力不可能达到或接近极限,此时求出的土条分界面上的抗剪安全系数应远大于1。
8结论
在土建工程中经常会遇到土坡稳定性问题,如果处理不当,土坡失稳产生滑动,不仅影响工程进展,甚至危及人的生命安全和造成工程事故。因此,研究土坡的稳定性有重要的实际意义。土坡稳定分析是一个比较复杂的问题,本文主要从理论上对简单土坡进行了稳定分析,并且,这种建立在极限平衡理论基础上的条分法,由于方法本身没有考虑到土体内部的应力一应变关系,所求出的安全系数只是所假定的滑裂面上的安全系数,所求出的土条之间内力或土条底部反力并不是滑动土体真实存在的力。
参考文献:
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