建筑边坡稳定性分析

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1、第2章边坡处治基本理论及稳定性分析§2.1概述边坡处治，首先要进行稳定性分析。边坡稳定分析的方法很多，目前在工程中广为应用的是传统的极限平衡理论。近几年，基于不同的力学模型而建立起来的各种数值分析计算方法也越来越受到工程界的重视。一般来说，不同的边坡类型，不同的分析目的以及可获得的基本资料情况，应采用与之相适应的计算理论和稳定分析方法。在工程设计中，判断边坡稳定性的大小习惯上采用边坡稳定安全系数来衡量。l955年，毕肖普(A.W.Bishop)明确了土坡稳定安全系数的定义：稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力边坡稳定性分析方

2、法边坡稳定性分析方法极限分析法瑞典圆弧法Janbu条分法Bishop条分法物理模拟方法数学模拟方法其他方法极限平衡法数值分析方法斯宾塞法摩根斯坦－普赖斯法沙尔玛法法传递系数法有限单元法(FEM)离散单元法(DEM)、块体理论和不连续变形分析(DDA)边界元法快速拉格朗日法(FLAC)流形元法《建筑边坡工程技术规范》中的基本规定边坡:岩质边坡与土质边坡。岩质边坡的破坏形式按下表划分：确定岩质边坡的岩体类型应考虑主要结构面与坡向的关系、结构面倾角大小和岩体完整程度等因素。确定岩质边坡的岩体类型时，由坚硬程度不同的岩石互层组成且每

3、层厚度小于5m的岩质边坡宜视为由相对软弱岩石组成的边坡。当边坡岩体由两层以上单层厚度大于5m的岩体组合时，可分段确定边坡类型。《建筑边坡工程技术规范》中的基本规定1）边坡稳定性评价应在充分查明工程地质条件的基础上，根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法和刚体极限平衡计算法进行。2）对土质较软、地面荷载较大、高度较大的边坡，其坡角地面抗隆起和抗渗流等稳定性评价应按现行有关标准执行。3）在进行边坡稳定性计算之前，应根据边坡水文地质、工程地质、岩体结构特征以及已经出现的变形破坏迹象，对边坡的可能破坏形式和边坡稳定性状态做出

4、定性判断，确定边坡破坏的边界范围、边坡破坏的地质模型，对边坡破坏趋势作出判断。4）边坡稳定性计算方法，根据边坡类型和可能的破坏形式，可按下列原则确定：(1)土质边坡和较大规模碎裂结构岩质边坡宜采用圆弧滑动法计算；(2)对可能产生平面滑动的边坡宜采用平面滑动法计算；(3)对可能产生折线滑动的边坡宜采用折线滑动法计算；(4)当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法进行分析。§2.1.3边坡稳定性分析基本理论和假定分析方法很多，但可分为两大类，即以极限平衡理论为基础的条分法和以弹塑性理论为基础的数值计算方法。条分法实际上是一种刚体极

5、限平衡分析法。其基本思路是：假定边坡的岩土体坡坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体沿滑动面而滑动造成的。滑动面上的坡体服从破坏条件。假设滑动面已知，通过考虑滑动面形成的隔离体的静力平衡，确定沿滑面发生滑动时的破坏荷载，或者说判断滑动面上的滑体的稳定状态或稳定程度。该滑动面是人为确定的，其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则曲面。隔离体的静力平衡可以是滑面上力的平衡或力矩的平衡。隔离体可以是一个整体，也可由若干人为分隔的竖向土条组成。由于滑动面是人为假定的，我们只有通过系统地求出一系列滑面发生滑动时的破坏荷载，其中最

6、小的破坏荷载要求的极限荷载与之相应的滑动面就是可能存在的最危险滑动面。条分法的基本假定如下：把滑动土体竖向分为n个土条，在其中任取1条记为i，如图2.1所示，在该土条上作用的已知力有：土条本身重力Wi，水平作用力Qi(如地震产生的水平惯性力等)，作用于土条两侧的孔隙水压力Ui及Ui+1（差值为△ui,），作用于土条底部的孔隙水压力ui。土条上的力矢多边形如图2.2所示。当滑面形状确定后，土条的有关几何尺寸也可确定，如底部坡角ai，底弧长li，滑面上的土体强度，也已确定。要使整个土体达到力的平衡，其未知力还有：每一土条底部的有

7、效法向反力，共n个；两相邻土条分界面上的法向条间力Ei，共n-1个，切向条间力Xi，共n-1个；两相邻土条间力Xi及Ei合力作用点位置Zi，共n-1个；每一土条底部切向力Ti及其与法向力Ni的合力作用点位置ai，共2n个。另外，滑体的安全系数Fs，l个。综合上述分析，我们得到共计有6n-2个未知量，我们能得到的只有各土条水平向及垂直向力的平衡以及土条的力矩平衡共计3n个方程。因此，边坡的稳定分析实际上是一个求解高次超静定问题。要使问题有唯一解就必须建立新的条件方程。解决的途径有两个：一个是利用变形协调条件，引进土体的应力～应

8、变关系，另一个是作出各种简化假定以减少未知量或增加方程数。前者会使问题变得异常复杂，工程界基本上不采用，后者采用不同的假定和简化，而导出不同的方法。假定n-1个Xi值，更简单地假定所有Xi=0(条块间的合力是水平的),这就是常用的毕肖普方法。假定Xi与Ei的交角或条间力合力的方向，而有斯宾