用于边坡稳定研究改进通用条分法

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1、用于边坡稳定研究改进通用条分法　　摘要：在极限平衡理论的基础上，考虑外部因素（水、拉裂缝、外荷载）与加固措施（锚杆、锚索、土工织物、土钉）对边坡的作用，推导出能模拟各种极限平衡方法的改进通用条分法（IGLE）理论体系，并编写了相应的计算程序Rslope。运用改进通用条分法（IGLE）模拟了不平衡推力法，并对不平衡推力法（强度储备法）与不平衡推力法（超载法）的安全系数与剩余下滑力进行了精度分析，给出了使用建议。针对工程人员容易混淆剩余下滑力与条间力的情况，对条间法向力与剩余下滑力的水平分力进行对比分析，结果表面二者没有必然联系或者规律。运用Rslope程序与

2、商品化软件slide、SLOPE/W进行了算例分析，对比了自动搜索圆弧滑面、折线型滑面、加固后的边坡安全系数，结果具有很好的一致性。关键词：改进通用条分法（IGLE）；不平衡推力法；边坡加固中图分类号：TU443文献标志码：A文章编号：16744764（2014）010106084在边坡稳定性分析方法中，极限平衡法作为一种非常有效的分析方法被广泛研究和应用[18]。近二十多年来，随着计算机和数值分析技术的发展，人们开始研究各种极限平衡方法的数值算法[911]，并在此基础上研究边坡稳定性分析的通用极限平衡法，试图将所有的条分法纳入到统一体系中。代表性的成果有

3、Fredlund的普遍极限平衡法[12]和陈祖煜的通用条分法[13]。普遍极限平衡法与通用条分法的理论基础是一致的，都是建立在极限平衡法基础上的边坡稳定分析通用理论。通用条分法用于推导安全系数的静力学原理有：垂直和水平方向的合力均为零，以及所有的力围绕转动轴心的合力矩为零[12，14]。这两条加上破坏准则，还不足以使边坡稳定问题成为静定问题[1516]。要使它成为静定问题，必须再补充一些原则。通用条分法（GLE）对条间力的方向做了假设，采用这种做法的各种极限平衡方法均可视作通用条分法的特例[14]。通用条分法属于严格条分法，条块满足所有的静力平衡条件，即2

4、个力平衡条件及1个力矩平衡条件。通用条分法可以模拟圆弧或折线型滑动面边坡的各种稳定性计算方法。目前，对边坡稳定性计算的极限平衡方法，包括通用条分法所考虑的边坡外部作用（水、拉裂缝、外荷载）并不完善，特别是边坡加固（锚杆、锚索、土工织物、土钉）后的安全系数计算还比较欠缺，因此，对通用条分法进行了改进以适应实际工程的需要。改进通用条分法（Improved4GeneralLimitEquilibriummethod，简称IGLE）可根据所满足的静力平衡条件和对条间力的假设，模拟各种条分法（瑞典法、简化毕肖普法、简化江布法、修正江布法、陆军工程师团法、斯宾塞法、罗

5、厄法、摩根斯坦普莱斯法等）计算边坡在水、拉裂缝、外荷载等作用下，采取锚杆、锚索、土工织物、土钉等加固后的安全系数。本文运用改进通用条分法（IGLE）模拟了中国岩土界特有的不平衡推力法，并与文献[1718]推荐的不平衡推力法进行了精度的对比分析，从而将不平衡推力法的应用进行了深入与扩展。以改进通用条分法（IGLE）为理论基础，编写了相应的程序Rslope，并与著名商业化软件—slide[19]、SLOPE/W[20]、理正边坡稳定进行了算例对比分析。陶丽娜，等：用于边坡稳定分析的改进通用条分法2改进通用条分法（IGLE）理论2.1安全系数的定义关于安全系数的

6、定义，潘家铮[21]对安全系数的定义提出了2种解法：1）强度储备法：如果材料的强度降低F倍，边坡即将处于失稳状态。2）超载法：如果将荷载增大F倍，边坡即将失稳；如果体系在设计荷载下已经不能稳定，则求出的F将小于1。4对于同一边坡，2种不同概念的安全系数值是不相同的，甚至相差很大。研究多趋向于采用“材料强度储备系数”作为安全系数，因为：1）由于强度储备法中外荷载较为明确，而材料的强度变化不易精确测定，材料强度中考虑安全系数较为合理；2）许多问题中，自重往往是最主要的荷载。但是自重既产生下滑力，也产生抗滑力，采用超载系数的概念便不够明确。因此，改进通用条分法（

7、IGLE）采用强度储备法来定义安全系数。2.2强度准则采用有效应力分析，在极限平衡条件下，条块底面的抗剪力大小可表示为[14]式（1）。4