均质土坡稳定性分析的图解法探究-论文.pdf

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1、第15卷第8期2015年3月科学技术与工程Vo1．15No．8Mar．20151671—1815f2015)08—0214—05ScienceTechnologyandEngineering@2015Sci．Tech．Engrg．均质土坡稳定性分析的图解法探究孙树林秦鲜玮朱明杰时冬冬(河海大学地球科学与工程学院，南京210098)摘要在边坡稳定性分析中，极限平衡方法是以安全系数，作为判别标准，而现有确定安全系数的方法需要复杂的迭代计算，不能快速地确定不同工况的安全系数。基于极限平衡Spencer法与有限元的强度折减法，建立一种快速的初步确定边坡稳定性安全系数的方法，该方法可以弥补计算复杂和判

2、断失准的缺点。首先，在考虑天然条件、地下水条件和地震烈度等主要因素情况下，利用计算机中的Spencer(1967)边坡稳定性分析程序中的切片编码方法，得到非线性破坏包络线稳定性分析图，对非线性边坡破坏包络线进行了详细分析。其次，通过试验数据，分析地震烈度、孔隙水压力系数等对安全系数的影响。结果表明，利用非线性破坏包络线建立的稳定分析图能快速准确地确立边坡的安全系数。关键词边坡稳定性稳定性图解法切片编码方法非线性破坏包络线中图法分类号TU443；文献标志码A稳定性图解法提供了一种快速的初步分析边坡稳定性的方法，对于参数很敏感的稳定性图解法可日＼喂钕／以利用非线性抗剪强度破坏包络线来确定安全系数

3、∞如舳∞如∞如如m一O／F。在低应力范围内，人们早就认识到许多土壤的／／破坏包络线具有明显的非线性。如图1所示，利用／／实际的非线性的破坏包络线与线性的莫尔一库伦关77系得出的凝聚力(c)和内摩擦角()已经广泛用⋯非线性包络线缓1髓÷于边坡的稳定性分析中。在边坡稳定性分析中，使／／用这些参数可能导致一个范围较大的临界滑面和一个偏高的安全系数，与从实际中观察和判断的非线性的包络线相比，这种近似法过高估计了在低正应图1典型均匀土质边坡的抗剪强度力情况下的抗剪强度值。强度折减弹塑性有限元法非线性包络线和它的线性渐近线中的强度折减系数概念，最早由Zienkiewicz等在Fig．1Typicalun

4、i~rmsoilslopestrength土工弹塑性有限元数值分析中提出，后被许多学者nonlinearfailureenvelopeanditslinearapproximation广泛采用。折减后的抗剪强度指标分别为：出的边坡稳定性研究中，包络线的曲率是依据在一C=c／F；tan=／F(1)个给定压力下的内摩擦角与在标准应力下的内摩擦式(1)中C和是土体所能提供的抗剪强度，c和角的比值来确定的。利用边坡的非线性破坏包络线是维持平衡所需要的抗剪强度，是抗剪强度折的特性构建的稳定性图解法与Skempton提出的减系数，也就是之前所提的边坡安全系数。这种方方法论类似，如图2，其中包络线的曲率被

5、定义为在法不需要事先假定滑动面的形式和位置，还可以考有效应力作用下的tamp与在100kPa应力作用虑土坡的渐进破坏过程。尽管采用强度折减系数的下的标准tan(即tan∞)的比值kPa，这里Pa为具体细节各有不同，但是数值结果表明，强度折减法得到的安全系数和临界滑动面与极限平衡法的大气压力。为了达到本论文的研究目的，Ⅳ的值取结果相似。为25kPa并确定内摩擦角为。这样的Ⅳ值对于Skempton[Eid[Mesri和Abde1．Ghaffar[提一个给定强度的包络线所确定的内摩擦角的精确性，，是有影响的，同时对于在低有效应力作用下包络线2014年11月6日收到的非线性的计算比值的的敏感度是够高

6、的。此第一作者简介：孙树林(1963～)，男，江苏盐城人，博士，教授。博士外，Ⅳ在土壤剪切试验中使用时常具有明显的非线生导师。研究方向：地质环境与地质灾害。E-mail：441772722@性抗剪强度包络线特征。基于上述理论，参数n被qq-corn。定义为土壤抗剪强度破坏包络线的非线性的程度，8期孙树林，等：均质土坡稳定性分析的图解法探究215其值为tan~'1o0与tanqf25的比值，即：也完全适合当前研究的性质。tamp10o由于使用了切片方法来确定边坡稳定性，因此／Z=——(2)tango25定义了最小安全系数为临界滑动面旋转中心阻力矩与滑力矩之间的比值。考虑到实际上破坏包络线的非线

7、性破坏包络戋，一弯曲形状，滑动阻力完全是由摩擦力表示的。因此，：二—一一安全系数的计算受到作用在每一片基础上由有效正应力产生的最大抗剪强度的影响。滑力矩与阻力矩醴瓣之间的平衡可以描述为：蟮l【Ⅲ∑=∑Ⅳ。R(3)。一()2SPaPa式(3)中为作用在每一片基础上的总重量的切向分有效正应力量，为作用在每一片的有效正应力，R为旋转半径，图2描述破坏包络线的非线性的参数为在有效正应力下的非线性剪切强度包络线所Fig