基于雙折減系數(shù)法的邊坡穩(wěn)定性分析

倪凱

摘要： 為了探討雙折減系數(shù)法在邊坡穩(wěn)定性分析中的具體應(yīng)用，依據(jù)一工程實例，利用有限差分軟件FLAC-3D，采用自編強度折減法求解邊坡達極限平衡狀態(tài)時的不同折減系數(shù)組合和相應(yīng)的安全系數(shù)。探討了采用不同安全系數(shù)定義方式對邊坡安全系數(shù)計算的影響規(guī)律，結(jié)果表明，雙折減系數(shù)法較傳統(tǒng)折減法更能反映邊坡的漸進破壞過程，可為工程技術(shù)人員進行邊坡設(shè)計和施工提供有益參考。

Abstract： In order to explore the dual reduction factor method in slope stability analysis in the specific application， according to the numerical examples， we obtain different reduction factors combinations and corresponding safety factor when the slope reaches limit equilibrium state by using the finite difference software FLAC-3D. Based on the obtained solution， we investigate the effect of dual reduction factor method on the calculation of slope safety factor. The results show that the dual reduction factor method can reflect the progressive failure process of the slope， and provide useful reference for engineering and technical personnel to carry out slope design and construction.

關(guān)鍵詞： 高填石路堤；穩(wěn)定性；雙折減系數(shù)法；FLAC-3D

Key words： high rockfill embankment；stability；dual reduction factor；FLAC-3D

中圖分類號：TU457 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0163-02

0 引言

傳統(tǒng)的強度折減法認為在邊坡失穩(wěn)破壞過程中，抗剪強度參數(shù)粘聚力、內(nèi)摩角對邊坡抗剪強度貢獻程度相同，故采用同一折減系數(shù)進行強度折減。然而，邊坡的破壞是一個漸進累積破壞過程[1]，因為邊坡漸進破壞過程中土體抗剪強度參數(shù)粘聚力、內(nèi)摩角衰減的速度、程度不同以及發(fā)揮作用的先后順序不同，所以，從邊坡漸進破壞的機理上可知，對粘聚力、內(nèi)摩角采用不同折減系數(shù)進行強度折減較傳統(tǒng)強度折減法更為合理。本文基于有限差分軟件FLAC-3D，依據(jù)工程實例，定量確定出粘聚力、內(nèi)摩角的不同折減系數(shù)組合，采用不同安全系數(shù)定義方式對邊坡穩(wěn)定性進行對比分析，以探討不同安全系數(shù)定義方式下特定邊坡安全系數(shù)的變化規(guī)律，為雙折減系數(shù)法的工程應(yīng)用提供有益參考。

1 強度折減法基本理論

傳統(tǒng)強度折減法：將土體抗剪強度參數(shù)c、？漬值除以同一折減系數(shù)Fs，得到一組折減后的新的c′、？漬′，然后根據(jù)這組新的參數(shù)進行試算，直到巖土體達到破壞極限臨界狀態(tài)，此時對應(yīng)的折減系數(shù)Fs即為安全系數(shù)。

雙折減系數(shù)法：在采用摩爾-庫倫強度準(zhǔn)則時，粘聚力c和內(nèi)摩擦角？漬是抗剪強度的不同參數(shù)，在強度準(zhǔn)則中發(fā)揮作用的程度不同，依據(jù)唐芬，鄭穎人[2]研究成果的假定，線性摩爾-庫倫準(zhǔn)則抗剪強度參數(shù)c和？漬各自的強度折減系數(shù)可分別表示為Fsc為粘聚力折減系數(shù)，F(xiàn)s？漬為內(nèi)摩擦角折減系數(shù)。

2 表征邊坡安全儲備程度的綜合安全系數(shù)

3 工程實例分析

假定？琢=Fsc / Fs？漬，其值分別取0.3～2.0，討論Jiang X Y等[3]，Yuan W等[4]和Isakov A等[5]提出的3種綜合安全系數(shù)定義方式對邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果的影響，進而討論3種綜合安全系數(shù)定義方式下的雙折減系數(shù)法在實際工程中的適用性。

以湖北滬蓉高速公路一加筋高填石路堤（填筑完成）為分析對象，典型斷面及土工格柵布置見圖1，填石材料抗壓強度在80～130MPa，密度為2.23×103kg/m3，抗剪強度指標(biāo)粘聚力c=10kPa、內(nèi)摩擦角？漬=38°；該工程采用高度聚乙烯土工格柵作為增強材料。在FLAC-3D中采用自編強度折減法實現(xiàn)邊坡安全系數(shù)求解（不考慮水壓力影響），圖2為簡化分析模型示意圖。計算結(jié)果見表1。將表1中不同綜合安全系數(shù)定義方式的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs與雙折減系數(shù)比值？琢之間的關(guān)系繪制如圖3。

表1表明，當(dāng)雙折減系數(shù)比值在0.3～2.0變化時，3種綜合安全系數(shù)定義方式下的安全系數(shù)最小值分別為1.113（？琢=0.3）、0.696（？琢=0.3）、1.342（？琢=0.7），而傳統(tǒng)強度折減法計算的安全系數(shù)為1.476，綜合安全系數(shù)定義方式下的安全系數(shù)比傳統(tǒng)強度折減法計算的安全系數(shù)小。顯然，就本工程而言，綜合安全系數(shù)定義方式三更具參考意義，可為后來類似工程在分析方法上提供有益參考，且在=0.7時邊坡安全系數(shù)取到最小值說明此邊坡粘聚力的衰減程度小于內(nèi)摩擦角的衰減程度。圖3表明，隨著雙折減系數(shù)比值的增大，綜合安全系數(shù)定義方式三的函數(shù)曲線呈現(xiàn)先凹函數(shù)形態(tài)，其值先減小后增大，因此可求得邊坡綜合安全系數(shù)最小值；而按照綜合安全系數(shù)定義方式一和定義方式二導(dǎo)出的曲線呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。由此看出，對于本工程，就函數(shù)本身性質(zhì)而言，綜合安全系數(shù)定義方式三更為合理。

4 結(jié)論

①邊坡漸進破壞過程中，粘聚力和內(nèi)摩擦角共同發(fā)揮作用，對于巖質(zhì)邊坡，考慮到粘聚力較小，粘聚力的衰減速度小于內(nèi)摩擦角的衰減速度，即雙折減系數(shù)比值小于1.0，建議進行強度折減時粘聚力的折減系數(shù)小于內(nèi)摩擦角的折減系數(shù)。

②傳統(tǒng)強度折減法求出的安全系數(shù)與雙折減系數(shù)法求出的安全系數(shù)較為接近，但前者均小于后者，過高評估了邊坡穩(wěn)定性安全儲備，將偏于不安全。

③雙折減系數(shù)法作為邊坡穩(wěn)定性分析的一種方法，可為工程技術(shù)人員進行相似邊坡工程穩(wěn)定性分析提供有益參考。

參考文獻：

[1]唐芬，鄭穎人.邊坡漸進破壞雙折減系數(shù)法的機理分析[J].地下空間與工程學(xué)報，2008，4（3）：436-441，464.

[2]唐芬，鄭穎人，趙尚毅.土坡漸進破壞的雙安全系數(shù)討論[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007，26（7）：1402-1407.

[3]JIANG Xiao-yong， WANG Ze-gen， LIU Lian-yong. The determination of reduction ratio factor in homogeneous soil-slope with finite element double strength reduction method[J]. The Open Civil Engineering Journal， 2013，7： 205-209.

[4]YUAN Wei， BAI Bing， LI Xiao-chun， et al. A strength reduction method based on double reduction parameter sand its application [J]. Journal of Central South University， 2013， 20（9）： 2555-2562.

[5]ISAKOV A， KORNEYEV D A， MORYACHKOV Y. Two-parameter criterion of road bed stability[C]//Proc. of Engineering Geology， Soil Mechanics and Foundations. Novosibirsk， Russia： [s. n.]， 2010.