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水平条分法下边坡稳定性分析与计算方法研究

原文作者:
  邓东平,李亮
发布时间:
  2014-08-15
来    源:
  中南大学 土木工程学院
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摘要:极限平衡水平条分法较适用于成层岩土边坡,但较竖直条分法尚有不足之处。通过研究水平条分与竖直条分中条间力的关系,建立起水平与竖直条分法相对应的条间力假设条件;并针对水平条分法遇到滑动面存在弓形体时,采取水平条分和斜条分相结合的模式进行处理。在此基础上,推导出了瑞典法、简化Bishop 法、简化Janbu 法和Morgenster-Price(M-P)法在水平条分时的安全系数计算公式,其中,根据满足条件不同,得到了瑞典法的两种不同安全系数计算公式,并根据以往研究成果将一般简化Janbu 法进行改进。当使用任意曲线和圆弧滑动面两种型式时,通过算例对比分析,验证了对水平条分法所做研究的可行性。同时,也表明了两种瑞典法得到的结果是一致的,改进的简化Janbu 法在边坡稳定性分析上较一般简化Janbu 法更优。
1 引 言
    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应用[1]。目前,极限平衡法多为竖直条分法[2-10],且在安全系数求解时对条间力所建立的假设条件也是针对竖直条分法[11-14]。然而,竖直条分法尽管有其优势,但当边坡成层岩土体时,竖向条分体内部受岩土体性质变化影响较大,这样会给计算带来极大的不便[15],因此,这时水平条分法更具有适用性。
    文献[16]在一般条分时通过借用竖直条分法的条间力假设条件进行了安全系数的推导,发现当条分不再为竖直条分时,计算得的安全系数与竖直条分法相差较大。同时,在针对水平条分法研究中,国内外大多数文献关注于有加固措施的边坡稳定性,如加筋土[17-19]、锚杆(索)[20]等。文献[1, 15]指出,这些研究没有针对普通边坡的稳定性分析,而且要么有些计算假定过于复杂,不利于工程应用,要么有些过于简单,使计算结果误差较大。另外,目前针对一般边坡稳定性的水平条分法,所涉及到的算例分析一般是认为滑动面比较适合水平条分划分,而对于一般型式下的滑动面,如存在一段弓形体时,水平条分则表现出条分界限不明,弓形体以下水平条分出现两个滑动底面的缺点。
   综上所述可知,在边坡稳定性水平条分法极限平衡分析中,存在如下不足:①过少对水平条分的条间力进行分析;②没有将竖直条分法与水平条分法的条间力假设条件相对应;③没有在滑动面为一般型式的条件下,对水平条分法如何进行稳定性分析采取相应处理方法。
    本文通过对水平条分和竖直条分中条间力的关系进行分析,建立起水平条分法与竖直条分法相对应的条间力假设条件,并对滑动面存在弓形体的一般情况,将水平条分法采用斜条分与水平条分相结合的模式进行处理。在此基础上,推导出了一些方法在水平条分时的安全系数计算公式。当使用圆弧滑动面和任意曲线滑动面两种型式时,通过算例分析,并与竖直条分法和以往研究成果相对比,验证了本文针对水平条分研究的可行性。
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