岩土边坡稳定性的各种分析方法

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1、文章编号：1009—9441(2010)07—0007—02岩土边坡稳定性的各种分析方法口口丁文军(广东省706地质大队，广东东莞523000)摘要：对目前常用的几种边坡稳定性方法进行了分析，提出了各自的适用范围。关键词：圆弧滑动；条分法；边坡稳定性中图分类号：TU457文献标识码：B引言随着各种岩土工程建设的不断增多，滑坡灾害也越来越突出。正因为如此，近年来在地质学和水土保持领域，滑坡和泥石流问题已成为比以往任何时候更重要、更迫切的研究课题。数学计算方法的发展和计算机技术的进步，为边坡稳定分析注入了新的活力，使之呈现出一种新的发展趋势。目前，在工程中多采用传统

2、的极限平衡理论进行计算。通常黏陛土质边坡的滑动曲面接近圆弧，在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定上的稳定性分析方法称为圆弧滑动法，是极限平衡分析法的一种常用方法。1整体圆弧滑动法1915年，瑞典彼得森(PettersonKE)采用圆弧滑动法分析边坡的稳定性，以后此法在各国得到了广泛应用，称为瑞典圆弧法。由于黏性土的颗粒之间存在粘结力，所以，不能用滑动面上任一单元体的稳定条件来代表整个滑动土体的稳定条件。对于均质的黏性土坡，其实际滑动面与圆柱面接近。若按平面应力问题来考虑，将滑动面以上土体看作刚体，并以它为脱离体，分析在极限平衡条件下其上的各种作用力，

3、可认为边坡失去稳定就是滑动土体绕圆心发生转动。图1为一均质黏性土土坡，AC为假定的滑动面，圆心为O，半径为R。当滑面与坡面包围的滑体保持稳定时，必须满足力矩平衡条件(滑弧上的法向反力Ⅳ通过圆心)，其安全系数可用滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比来定义，即：‘以：竺：掣(1)M15一一矾、17式中：驴～滑动体质量；吁——滑面的抗剪强度；∥——滑弧长度；R——滑弧半径；d——土体重力对滑弧圆心的力臂。图1土坡的整体圆弧滑动按照摩尔一库仑强度理论，一般情况下，土的抗剪强度r，由粘聚力c和摩擦力o-tg‘o两部分组成。因此，它是随着滑动面上法向应力的改变而改变的，沿整

4、个滑动面并非一个常数。但对饱和黏土来讲，在不排水剪条件下，妒=0，则下，=c。于是，(1)式可写为：Fs-畔≯㈤这时，滑面上的抗剪强度为常数，用(2)式可直接进行边坡的抗滑稳定安全系数计算。这种稳定分析方法通常称为p等于零分析法。2条分法条分法是将滑动土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，对作用于各土条上的力进行力与力矩的平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数，并通过一定数量的试算，找出最危险滑裂面位置及相应的(最低的)安全系数。将滑动土体分成若干土条后，土条的两个侧面存在着条块间的作用力，如图2所示。作用在条块i的力，除重力形外，条块侧面ac和bd作

5、用有法向力P。、P⋯，切向力E、皿+，，前者力的作用点离弧面建材技术与应用7／2010·7·为hi、h⋯。滑弧段cd的长度为屯，其上作用着法向力M和切向力t，正中包括粘聚阻力ci×fi和摩擦阻力Nit卿i。由于条块的宽度不大，形和以可看成是作用于弧段cd的中点。在这些力中，Pi、Hi和hi在分析前一土条时已经出现，可视为已知量，因此，待定的未知量有P⋯、H⋯、h⋯、Ni和t等5个。每个土条可建立三个力的平衡方程，即：∑Fxi=0，∑尼i=0，∑肘；=0和一个极限平衡方程。t=螋鲁塑(3)H；：HhfH，图2条块受力分析如果将滑动土体分成rt个条块，则条块间的分界

6、面有(，l一1)个。界面上力的未知量为3(，l一1)，滑动面上力的未知量为2n，加上待求的安全系数以，总计未知量个数为(5n一2)。可以建立的静力平衡方程和极限平衡方程为4几个。待求未知量与方程数之差为(rg一2)。一般在用条分法计算中，n在10以上，因而是一个高次的超静定问题。要使问题得解，必须作出各种简化假定，以减少未知量。由于采用的假定不同而形成不同方法，不同的计算方法得出的结果也不相同。通常采用的稳定分析方法均为国外几十年前提出的传统方法，如瑞典条分法。瑞典条分法是条分法中最古老而又最简单的方法。该法假设滑动面为一个圆弧面，并认为条块间的作用力对边坡的整

7、体稳定性影响不大，可以忽略。或者说，假定条块两侧的作用力大小相等、方向相反，且作用于同一直线上。图2中取条块i进行分析，由于不考虑条间力作用，根据径向平衡条件，则有：Ni=Wi×COSOtf(4)设安全系数为F。，根据滑弧面上的极限平衡条件，则有：z：吾×％：坠掣(5)z=寺×％=二_专_(5)‘‘S式中：％——条块i在滑动面上的抗剪强度。整个滑动土体对圆心0取力矩平衡得：∑(形R×sinai一正咒)=0(6)将(4)式代入(5)式后，再将(5)式代入(6)式，得如下瑞典条分法计算公式：D∑(c{×Zi+形×COSOEit99i)⋯Ⅵ∑WiXsinai⋯7式中：

8、c；——第i条滑裂面处土