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    考慮邊坡漸進(jìn)破壞的分區(qū)計算模型

    2020-02-06 02:37:54蔣茂林陳文勝戴嘉寧李穎豪
    交通科學(xué)與工程 2020年4期
    關(guān)鍵詞:滑力條塊安全系數(shù)

    蔣茂林,陳文勝,戴嘉寧,李穎豪

    (長沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 長沙 410114)

    邊坡穩(wěn)定性分析是土木工程領(lǐng)域長期研究熱點之一[1],已有很多邊坡穩(wěn)定性分析和評估方法。其中,以極限平衡理論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)條分法(瑞典條分法、畢肖普條分法、Janbu 法、傳遞系數(shù)法等)[2?4]仍是最主要的邊坡分析方法。條分法是先將復(fù)雜的滑體劃分為若干豎直條塊。然后,通過力的平衡條件求解,獲得各條塊上的相互作用力。最后,通過極限平衡理論,求解阻滑力(矩)和下滑力(矩)的比值,獲得安全系數(shù)。但無論哪種條分法,都對條塊受力進(jìn)行了簡化,使問題靜定可解。簡化后,問題可以解答,但會給結(jié)果帶來不可避免的誤差。

    伴隨計算機(jī)計算技術(shù)的發(fā)展,廣泛應(yīng)用的還有數(shù)值分析方法,如:有限單元法、離散單元法、無網(wǎng)格法、無界元法等。數(shù)值分析方法旨不同邊界條件下,求解邊坡的位移場、應(yīng)力場、滲流場,并模擬邊坡破壞過程,其精度主要取決于所采用的本構(gòu)模型。因為計算原理的差異,不同的數(shù)值分析方法,所以會有不同的適用范圍和特點。盡管分析邊坡的方法愈來愈多,但因條分法具有直觀、簡便、易于理解等優(yōu)點,是邊坡穩(wěn)定性分析和評估中應(yīng)用最多的方法。

    1 傳統(tǒng)條分法的特點及漸進(jìn)破壞

    傳統(tǒng)條分法無論是只適用于圓弧滑動面的瑞典條分法,還是可以適用于任意形式滑動面的Janbu 法、傳遞系數(shù)法等,都存在2 個特點:

    1) 滑動面上所有點的安全系數(shù)相同,目的均為求解得到邊坡整體安全系數(shù)。認(rèn)為邊坡的整體安全系數(shù)與各條塊的局部安全系數(shù)處處相等,從而方便計算整體的安全系數(shù)。該特點同樣延續(xù)至有限元的強(qiáng)度折減法中(對材料強(qiáng)度參數(shù)的折減,處處相等)。這一特點造成計算過程中認(rèn)為:當(dāng)邊坡將要發(fā)生滑動破壞時,其滑面各處同時達(dá)到強(qiáng)度極限。

    2) 傳統(tǒng)條分法在計算各條塊的阻滑力(矩)時,都是按照其峰值強(qiáng)度求得。實際上,邊坡往往因內(nèi)外界因素的作用,存在局部失穩(wěn)區(qū)。而局部失穩(wěn)區(qū)若按峰值強(qiáng)度計算,其阻滑力較工程實際大。這一特點認(rèn)為:滑面各點安全系數(shù)處處相等,而導(dǎo)致后遺癥。因為每一條塊的特異性,其抗剪強(qiáng)度與下滑力均不同,所以各自達(dá)到峰值強(qiáng)度時刻不一致。當(dāng)某一條塊的下滑力超過其峰值強(qiáng)度時,該條塊就會發(fā)生剪切破壞,承受能力會從峰值強(qiáng)度衰減到殘余強(qiáng)度。故采用傳統(tǒng)條分法進(jìn)行分析和評估時,一般會高估邊坡的承受能力,高估后果會導(dǎo)致工程、生態(tài)出現(xiàn)巨大損失。

    大量工程實踐表明:邊坡發(fā)生失穩(wěn)滑坡并不是一蹴而就。坡體總是由某一部位先失穩(wěn),失穩(wěn)區(qū)域再逐漸擴(kuò)大,最后導(dǎo)致邊坡整體滑坡,因此坡體各局部的強(qiáng)度發(fā)揮是不一樣的。最先失穩(wěn)部位的強(qiáng)度最先達(dá)到極限,隨后開始影響周邊條塊,失穩(wěn)區(qū)逐漸擴(kuò)展,該過程就是邊坡的漸進(jìn)破壞[5]。其本質(zhì)是局部坡體先達(dá)到峰值強(qiáng)度而破壞,其抗剪強(qiáng)度由峰值變?yōu)闅堄嘀?,之后超額剪應(yīng)力轉(zhuǎn)嫁給相鄰?fù)馏w,導(dǎo)致相繼破壞,最終形成貫通滑面[6]。

    為了實現(xiàn)對邊坡漸進(jìn)破壞的分析,得到合理的安全系數(shù),本研究提出一種基于條分塊體的模型,即分區(qū)計算模型。

    2 邊坡分區(qū)計算模型

    分區(qū)計算模型通過條塊間的力學(xué)分析,在考慮邊坡漸進(jìn)破壞的基礎(chǔ)上,準(zhǔn)確判斷發(fā)生破壞或?qū)⒁茐牡耐馏w區(qū)域,將這部分土體按殘余強(qiáng)度來計算阻滑力,而能抵擋下傳推力的穩(wěn)定土體按極限強(qiáng)度來計算阻滑力,最后對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。分區(qū)計算模型的示意圖如圖1 所示。

    圖1 分區(qū)計算模型示意Fig.1 Schematic diagram of partition calculation model

    準(zhǔn)確找到破壞后,按殘余強(qiáng)度計算的土體、能抵抗住剩余推力和自身下滑力的土體位置是分區(qū)計算模型的關(guān)鍵。模型基于每個條塊的力學(xué)特點,將邊坡土體分為3 個區(qū)域:

    1) 失穩(wěn)區(qū)。自身的下滑力大于其極限抗剪強(qiáng)度,從而產(chǎn)生局部破壞。

    2) 臨界區(qū)。極限抗剪強(qiáng)度只夠抵擋自重產(chǎn)生的下滑力,而無法承受失穩(wěn)區(qū)剩余推力與自身下滑力的雙重作用,土體發(fā)生局部破壞。

    3) 穩(wěn)定區(qū)。極限強(qiáng)度足以承受失穩(wěn)區(qū)的剩余推力和自身下滑力的雙重作用,土體穩(wěn)定。

    不對邊坡進(jìn)行處理的情況下,失穩(wěn)區(qū)和臨界區(qū)就是邊坡土體的剪切破壞區(qū)。

    分區(qū)計算模型示意圖如圖1 所示,自上而下分別為失穩(wěn)區(qū)、臨界區(qū)、穩(wěn)定區(qū)。但實際工程中,由于邊坡的復(fù)雜性,可能存在僅有失穩(wěn)區(qū)或穩(wěn)定區(qū)、3 種區(qū)域相互穿插等情況。因此,應(yīng)嚴(yán)格按各條塊受力情況和局部安全系數(shù)進(jìn)行分析判斷。

    2.1 基本假設(shè)

    分區(qū)計算模型按傳統(tǒng)條分法豎向條分法進(jìn)行條塊劃分,條塊底面視為平面?;炯僭O(shè)為:

    1) 滑坡是漸進(jìn)發(fā)生的,由某一條塊先失穩(wěn),之后沿潛在滑移方向,依次影響下一個條塊。

    2) 各條塊潛在破壞模式為沿底面剪切滑動。

    3) 每個條塊都有自身的安全系數(shù),也稱之為條塊的局部安全系數(shù)。該系數(shù)是判斷條塊分區(qū)的重要指標(biāo)。

    4) 條塊所受剩余推力的方向與其上一條塊的底面平行。

    5) 根據(jù)力產(chǎn)生的條件,物體之間必須有相互作用,認(rèn)為:只有上部條塊突破極限強(qiáng)度破壞,存在剩余推力的傳遞,才有條間力的存在。

    6) 土體不受拉,條塊間不存在拉力。

    2.2 求解方法和受力分析

    分區(qū)計算模型先從邊坡最上方的條塊N 開始,一直計算到最下方的條塊。然后,在該過程中,對各條塊進(jìn)行了完整的力學(xué)分析和局部安全系數(shù)計算。最后,綜合各區(qū)域抗剪強(qiáng)度和下滑力,對邊坡穩(wěn)定性作出評價。

    模型中,條塊受力分析、安全系數(shù)計算和力的傳遞都是在傳統(tǒng)條分法的基礎(chǔ)上,結(jié)合分區(qū)計算模型漸進(jìn)失穩(wěn)過程中條塊的受力特點進(jìn)行的。

    計算過程中,有3 個計算階段,條塊底面存在2 種應(yīng)力狀態(tài):極限應(yīng)力狀態(tài)和殘余應(yīng)力狀態(tài)。為達(dá)到各計算階段預(yù)期實現(xiàn)的目的,在滿足力學(xué)分析的條件下,模型對2 種應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行合理運用,實現(xiàn)對邊坡各區(qū)域的搜索判定和穩(wěn)定性分析。具體計算過程為:

    1) 階段一,所有條塊不考慮條間力,按極限應(yīng)力狀態(tài)計算,求所有條塊的局部安全系數(shù)fi。fi為極限抗剪強(qiáng)度與剪切力之比。fi<1 的條塊為失穩(wěn)區(qū)條塊,這些條塊即使沒有條塊間推力的作用,也會發(fā)生自發(fā)性的剪切破壞。

    2) 階段二,從邊坡頂部條塊(受到推力為0)開始,在考慮剩余推力的作用下,按極限應(yīng)力狀態(tài)計算局部安全系數(shù)fir。當(dāng)fir>1 時,判定條塊i 屬于穩(wěn)定區(qū),剩余推力以0 向下傳遞。當(dāng)fi>1 且fir<1 時,判定條塊i 為臨界區(qū),并按殘余應(yīng)力狀態(tài)計算其剩余推力向下傳遞。按滑坡趨勢從上至下逐一傳遞剩余推力,完成每個條塊的力學(xué)分析和所屬區(qū)域的判斷。

    3) 階段三,基于失穩(wěn)區(qū)、臨界區(qū)的殘余強(qiáng)度和穩(wěn)定區(qū)的峰值強(qiáng)度,計算邊坡的安全系數(shù),完成邊坡穩(wěn)定性的評估,并指出基于分區(qū)計算模型理論上最佳的支護(hù)加固位置。

    在這3 個階段中,值得注意的是:①盡管直接進(jìn)行階段二的計算,也能獲得漸進(jìn)破壞下土體的破壞區(qū)域,最終邊坡安全系數(shù)的計算結(jié)果一致,但是無法劃分失穩(wěn)區(qū)和臨界區(qū)。利用模型搜索判定失穩(wěn)區(qū)和臨界區(qū)的理由,除兩區(qū)域的失穩(wěn)是否具有自發(fā)性外,更重要的是在邊坡治理領(lǐng)域中,若采取合理措施,對臨界區(qū)起點條塊的位置進(jìn)行加固,可抵擋住還未累積過大的剩余推力。此時,由于臨界區(qū)不受剩余推力作用,不會發(fā)生剪切破壞,能繼續(xù)維持其峰值強(qiáng)度,因此,可經(jīng)濟(jì)有效地提高邊坡穩(wěn)定性。②剩余推力加入計算過程中,若無推力產(chǎn)生,則將推力大小以0 傳遞,提高計算過程的程序化,便于編程計算。③分區(qū)計算模型考慮邊坡的漸進(jìn)破壞,主要體現(xiàn)在階段二對邊坡各區(qū)域的分析判定中。模型中,從失穩(wěn)區(qū)開始,對破壞土體采取殘余應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行計算,獲得剩余推力不斷向下傳遞和分析,從而明確基于漸進(jìn)發(fā)展過程中區(qū)分邊坡各區(qū)域界限。

    分區(qū)計算模型中,極限應(yīng)力狀態(tài)下的條塊阻滑力,可直接由受力分析和庫侖公式求得。而殘余應(yīng)力狀態(tài)因為剪切面已經(jīng)出現(xiàn),則不宜采用極限應(yīng)力狀態(tài)繼續(xù)計算?;跇O限應(yīng)力狀態(tài),通過對黏聚力c 和內(nèi)摩擦角φ 值進(jìn)行調(diào)整,以滿足殘余應(yīng)力狀態(tài)的計算。對于邊坡剪切破壞面而言,由于土體性質(zhì)的差異,黏聚力c 和內(nèi)摩擦角φ 的衰弱程度[7?9]不同,用衰減系數(shù)kc,kφ表示,而衰弱程度的大小主要與土體黏粒含量及塑性指數(shù)有關(guān)。Skempton[10?11]通過實驗證明:當(dāng)黏粒含量超過50%后,土體殘余強(qiáng)度可由黏土礦物之間的摩擦力決定。對于黏土邊坡而言,剪切破壞后的殘余強(qiáng)度由摩擦力維持,此時可以考慮滑帶土黏聚力c 為0(kc=0.0)。

    分區(qū)計算模型條塊的受力如圖2 所示。未承受剩余推力的條塊受力圖如圖2(a)所示,有剩余推力傳遞的條塊受力圖如圖2(b)所示。推力Pi+1可以為0,推力的傳遞機(jī)制與不平衡推力傳遞系數(shù)法相似。因為假設(shè)條塊沿底面滑移,Pi+1的作用點對該條塊局部安全系數(shù)和剩余推力的計算沒有影響。圖2 中,Pi+1作用點并非真實作用點。

    圖2 條塊受力Fig.2 Forces applied on a slice

    1) 條塊底面的法向力

    ①未受剩余推力作用,條塊的法向力Ni為:

    ②承受剩余推力作用,條塊的法向力Nir為:

    式中:Wi為條塊重力;αi為條塊i 底面與水平面的夾角;Pi+1為上一條塊傳遞下來的剩余推力(若上一條塊穩(wěn)定或自身為最頂端條塊則Pi+1=0);αi+1為上一條塊底面與水平面的夾角。

    2) 條塊下滑力

    ①未受剩余推力作用,條塊的下滑力Qi為:

    ②承受剩余推力作用,條塊的下滑力Qir為:

    3) 極限應(yīng)力狀態(tài)下的阻滑力

    ①未受剩余推力作用,條塊的阻滑力Ti為:

    ②承受剩余推力作用,條塊的阻滑力Tir為:

    式中:ci為土體黏聚力;li為條塊底邊長;φi為土體內(nèi)摩擦角。

    4) 殘余應(yīng)力狀態(tài)下的阻滑力

    ①未受剩余推力作用,條塊的阻滑力Ti'為:

    ②承受剩余推力作用,條塊的阻滑力Tir'為:

    式中:kc,kφ分別為殘余應(yīng)力狀態(tài)下黏聚力和內(nèi)摩擦角的衰減系數(shù)。

    5) 條塊的局部安全系數(shù)

    ①未受剩余推力作用,條塊的局部安全系數(shù)fi:

    ②承受剩余推力作用,條塊的局部安全系數(shù)fir:

    其中:fi主要用于階段一尋找失穩(wěn)區(qū)條塊;fir主要用于階段二尋找臨界區(qū)、穩(wěn)定區(qū)條塊。

    6) 剩余推力為:

    式中:Pi為第i 個條塊的剩余推力,考慮土體不存在拉力,故Pi≥0;若計算得到fir>1,取Pi=0。

    7) 邊坡安全系數(shù)為:

    式中: TIi', TC'i為失穩(wěn)區(qū)及臨界區(qū)條塊殘余應(yīng)力狀態(tài)下的阻滑力;TSi為穩(wěn)定區(qū)條塊極限應(yīng)力狀態(tài)下的阻滑力;R 為圓弧滑動面半徑;K 為邊坡安全系數(shù)。通過式(1)~(12)依次分析所有條塊的受力狀態(tài)和局部安全系數(shù),完成邊坡區(qū)域的搜索,并求得邊坡安全系數(shù)。

    2.3 計算步驟

    分區(qū)計算模型完成滑動面搜索和條塊劃分后,以條塊為基本單元,搜索邊坡各區(qū)域,并基于各區(qū)域不同應(yīng)力狀態(tài)計算邊坡安全系數(shù)。

    在整個計算流程中,每個條塊需考慮自發(fā)破壞的無剩余推力作用和基于漸進(jìn)破壞[12]的有剩余推力作用進(jìn)行兩次力學(xué)分析計算,完成分區(qū)后,再求解邊坡安全系數(shù),其計算步驟為:

    1) 不考慮剩余推力,通過公式(9),計算出邊坡每個條塊的局部安全系數(shù)fi。

    圖3 分區(qū)計算模型流程Fig.3 Calculation flow chart for partition calculation model

    2) 從邊坡頂部條塊N開始計算,通過公式(10),(11),求得其安全系數(shù)fNr和剩余推力PN,將PN傳遞給下一條塊N?1,通過相同公式計算其安全系數(shù)和剩余推力PN?1。

    3) 重復(fù)第(2)步中剩余推力的傳遞及條塊的分析計算,直到計算完最底端條塊的安全系數(shù)f1r。

    4) 通過有無剩余推力,求得每個條塊的2 種局部安全系數(shù)fir和fi的大小,實現(xiàn)對邊坡各區(qū)域范圍的判斷。當(dāng)fi<1,該條塊處于失穩(wěn)區(qū);當(dāng)fi>1 且fir<1,條塊處于臨界區(qū);當(dāng)fi>1 且fir>1,條塊屬于穩(wěn)定區(qū)。

    5) 對于不同區(qū)域的條塊,應(yīng)采取不同的應(yīng)力狀態(tài)來計算其阻滑力。穩(wěn)定區(qū)采取極限應(yīng)力狀態(tài)下的阻滑力計算式(5),臨界區(qū)和失穩(wěn)區(qū)采取殘余應(yīng)力狀態(tài)下的阻滑力計算式(7),采用式(12)計算邊坡的安全系數(shù)。

    3 算例

    3.1 程序介紹

    為了更好地實現(xiàn)分區(qū)計算模型與傳統(tǒng)條分法的對比分析,結(jié)合滑動面搜索方法及分區(qū)計算模型,開發(fā)了邊坡穩(wěn)定性分析程序Slope-PCS。該程序設(shè)計了交互式的操作界面,采用面向?qū)ο蟮腃++作為開發(fā)語言,利用微軟基礎(chǔ)類庫MFC,遵守最新的編碼規(guī)范。程序主要包括文件系統(tǒng)、視圖設(shè)置、模型繪制、參數(shù)設(shè)定、分析計算及數(shù)據(jù)結(jié)果可視化6 個模塊。

    程序設(shè)計的計算方法有:瑞典條分法、畢肖普法、不平衡推力法及本研究提出的分區(qū)計算模型。通過網(wǎng)格法,實現(xiàn)對滑動面的搜索試算,能較全面地實現(xiàn)邊坡的穩(wěn)定性分析,找到最不利滑面。同時,為保證分區(qū)計算模型與其他方法的嚴(yán)格對比分析,程序還設(shè)計了指定滑動面的功能,保證了單一變量的原則。

    3.2 程序算例分析

    本研究提出的分區(qū)計算模型,在傳統(tǒng)條分法的基礎(chǔ)上,考慮了邊坡漸進(jìn)破壞及條塊局部穩(wěn)定性,對各個條塊的應(yīng)力狀態(tài)做出了力學(xué)分析。針對不同應(yīng)力狀態(tài)的條塊,求解其對應(yīng)的阻滑力,并基于這種真實應(yīng)力狀態(tài)下的阻滑力,計算邊坡的安全系數(shù)。為了探討分區(qū)計算模型的特點,作者擬采用Slide 軟件計算說明書中的工程案例,該黏性土邊坡模型如圖4 所示,土體容重、黏聚力和內(nèi)摩擦角分別為20.0 kN·m?3、20.0 kN·m?2、20°。

    分別采取瑞典法、畢肖普法及分區(qū)計算模型計算,利用自編程序Slope-PCS 進(jìn)行分析??紤]為黏土邊坡,依據(jù)Skempton 的實驗結(jié)論[10?11],設(shè)定殘余應(yīng)力狀態(tài)下黏聚力c 的衰減系數(shù)kc=0,內(nèi)摩擦角φ 的衰減系數(shù)kφ=1,即殘余應(yīng)力狀態(tài)下黏聚力為0,而內(nèi)摩擦角不變。

    圖4 土質(zhì)邊坡模型Fig.4 A soil slope model

    本程序中,各傳統(tǒng)條分法計算結(jié)果與Slide 軟件進(jìn)行對比,驗證了程序的正確和計算結(jié)果的可靠性。

    程序依據(jù)瑞典條分法和分區(qū)計算模型,得到的結(jié)果示意圖如圖5,6 所示。圖6 中,分區(qū)計算模型圖基于各條塊的力學(xué)分析和局部安全系數(shù),判斷出滑動面各條塊的所屬區(qū)域。工程應(yīng)用中,可依據(jù)該分區(qū)標(biāo)識,進(jìn)一步進(jìn)行滑坡治理工作。

    由瑞典條分法、畢肖普條分法、分區(qū)計算模型計算得到安全系數(shù),分別為:2.039 6,2.124 6,1.461 7。由計算結(jié)果可知,對于圖4 中的滑動面,分區(qū)計算模型的結(jié)果較瑞典條分法、畢肖普條分法的偏小。主要是分區(qū)計算模型基于邊坡漸進(jìn)破壞,考慮了土體的真實應(yīng)力狀態(tài)。上部條塊自發(fā)性滑移產(chǎn)生剩余推力,并不斷累積作用于下一條塊,致使坡體某些條塊底面的土體發(fā)生破壞。這些會產(chǎn)生破壞的土體,按其殘余應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行計算。因此,破壞土體的阻滑力采用的是殘余強(qiáng)度,分區(qū)計算模型的結(jié)果可使工程更安全。

    圖5 瑞典條分法分析結(jié)果Fig.5 Result by Swedish slice method

    圖6 分區(qū)計算模型分析結(jié)果Fig.6 Result by partition calculation model

    傳統(tǒng)條分法安全系數(shù)為邊坡阻滑力(矩)與下滑力(矩)的比值。其中,阻滑力矩均在極限應(yīng)力狀態(tài)下求得,滑面各處皆處于穩(wěn)定狀態(tài)。但現(xiàn)實中的邊坡往往因為內(nèi)外部因素的影響,而存在局部失穩(wěn)區(qū),如:牽引式滑坡[13]、推移式滑坡[14]。所以實際工程中,按照傳統(tǒng)條分法分析邊坡穩(wěn)定性,雖然穩(wěn)定性分析所得安全系數(shù)滿足要求,但仍可能發(fā)生滑坡破壞。

    分區(qū)計算模型基于邊坡的漸進(jìn)破壞,利用式(9),(10)求解各條塊的2 種局部安全系數(shù),完成對各條塊真實應(yīng)力狀態(tài)的判斷,并以此進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。這是在傳統(tǒng)條分法的基礎(chǔ)上做出補充和完善,更符合工程實際。

    分區(qū)計算模型最重要的是對失穩(wěn)區(qū)、臨界區(qū)及穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行搜索判斷,本質(zhì)是判斷邊坡各部分土體真實的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。由公式(12)可知,與傳統(tǒng)條分法的主要區(qū)別是阻滑力的計算。其計算結(jié)果不僅與土體原始強(qiáng)度參數(shù)c,φ 相關(guān),還與殘余強(qiáng)度參數(shù)、各區(qū)域大小有關(guān)。根據(jù)Skempton 的實驗結(jié)果,確定黏土邊坡殘余應(yīng)力狀態(tài)下黏聚力衰減為0,而內(nèi)摩擦角不變。實際工程中,需因地制宜,考慮滑帶土殘余強(qiáng)度進(jìn)行計算,發(fā)現(xiàn)邊坡整體處于穩(wěn)定區(qū)時,分區(qū)計算模型的計算結(jié)果與瑞典法的相同。

    該方法也為邊坡治理提供了新思路,有效減少邊坡中處于殘余應(yīng)力狀態(tài)的條塊數(shù)量,可以大幅度提升邊坡穩(wěn)定性?;谑Х€(wěn)區(qū)和臨界區(qū)發(fā)生剪切破壞的特點,在兩區(qū)域交界處,實施滑帶注漿[15]、錨索等支護(hù)手段,可以在剩余推力較小時阻斷漸進(jìn)破壞的發(fā)展,讓臨界區(qū)條塊不受力或少受力,從而轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定區(qū),有效提高坡體穩(wěn)定性。

    4 結(jié)論

    1) 基于條分法提出了新的邊坡穩(wěn)定性分析模型?分區(qū)計算模型。區(qū)別于傳統(tǒng)條分法是將所有條塊按極限應(yīng)力狀態(tài)計算,該模型會判斷各條塊真實的應(yīng)力狀態(tài),計算阻滑力,更符合工程實際。因此,計算的安全系數(shù)也更加可靠。

    2) 通過計算不考慮條間力的條塊局部安全系數(shù)fi及基于漸進(jìn)破壞考慮剩余推力的條塊局部安全系數(shù)fir,實現(xiàn)邊坡分區(qū)。當(dāng)fi<1 時,條塊處于失穩(wěn)區(qū);當(dāng)fi>1 且fir<1 時,條塊處于臨界區(qū);當(dāng)fi>1且fir>1 時,條塊處于穩(wěn)定區(qū)。

    3) 分區(qū)計算模型基于條塊破壞的自發(fā)性和漸進(jìn)破壞的發(fā)展規(guī)律,提出了邊坡支護(hù)最合理的位置,即臨界區(qū)與失穩(wěn)區(qū)的交界處。由于臨界區(qū)失穩(wěn)的直接原因是受到了上部傳遞的推力。因此,在臨界區(qū)頂部條塊或失穩(wěn)區(qū)底部條塊進(jìn)行支護(hù)加固,讓臨界區(qū)條塊少受力或不受力,使其成為穩(wěn)定區(qū)條塊,能有效提高邊坡穩(wěn)定性。

    4) 通過算例計算表明:當(dāng)存在失穩(wěn)區(qū)時,按條塊真實應(yīng)力狀態(tài)求解的邊坡安全系數(shù)較傳統(tǒng)條分法的偏??;而當(dāng)邊坡整體處于穩(wěn)定區(qū)時,其得到的安全系數(shù)與傳統(tǒng)條分法的相同。這一結(jié)果符合工程實際,表明該方法可行。

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