【正文】 土木建筑學(xué)院 土木0302班 學(xué)生邵明志 外文翻譯 第 14 頁(yè) 共 14頁(yè)邊坡穩(wěn)定重力和滲透力易引起天然邊坡、開(kāi)挖形成的邊坡、堤防邊坡和土壩的不穩(wěn)定性。在旋滑中，破壞面部分的形狀可能是圓弧或非圓弧線。總的來(lái)說(shuō)，勻質(zhì)土為圓弧滑動(dòng)破壞，而非勻質(zhì)土為非圓弧滑動(dòng)破壞。平面滑動(dòng)和復(fù)合滑動(dòng)發(fā)生在那些強(qiáng)度差異明顯的相鄰地層的交界面處。平面滑動(dòng)易發(fā)生在相鄰地層處于邊坡破壞面以下相對(duì)較淺深度的地方：破壞面多為平面，且與邊坡大致平行。復(fù)合滑動(dòng)通常發(fā)生在相鄰地層處于深處的地段，破壞面由圓弧面和平面組成。 在實(shí)踐中極限平衡法被用于邊坡穩(wěn)定分析當(dāng)中。它假定破壞面是發(fā)生在沿著一個(gè)假想或已知破壞面的點(diǎn)上的。土的有效抗剪強(qiáng)度與保持極限平衡狀態(tài)所要求的抗剪強(qiáng)度相比，就可以得到沿著破壞面上的平均安全系數(shù)。問(wèn)題以二維考慮，即假想為平面應(yīng)變的情況。二維分析為三維（碟形）面解答提供了保守的結(jié)果。在這種分析方法中，應(yīng)用總應(yīng)力法，適用于完全飽和粘土在不條件排水下的情況。如建造完工的瞬間情況。這種分析中只考慮力矩平衡。此間，假定潛在破壞面為圓弧面。（圓心O，半徑r，長(zhǎng)度La）。潛在的不穩(wěn)定性取決于破壞面以上土體的總重量(單位長(zhǎng)度上的重量W）。為了達(dá)到平衡，必須沿著破壞面?zhèn)鬟f的抗剪強(qiáng)度表示如下：其中 F 是就抗剪強(qiáng)度而言的安全系數(shù)．關(guān)于 O點(diǎn)力矩平衡： 因此 () 其它外力的力矩必須亦予以考慮。在張裂發(fā)展過(guò)程中，如果裂隙中充滿水，弧長(zhǎng)La會(huì)變短，超孔隙水壓力將垂直作用在裂隙上。有必要用一系列試驗(yàn)性破壞面來(lái)對(duì)邊坡進(jìn)行分析，從而確定最小的安全系數(shù)。 基于幾何相似原理，泰勒[]發(fā)表了《穩(wěn)定系數(shù)》，用于在總應(yīng)力方面對(duì)勻質(zhì)土邊坡進(jìn)行分析。對(duì)于一個(gè)高度為H的邊坡，沿著安全系數(shù)最小的破壞面上的穩(wěn)定系數(shù)(Ns)為： ()對(duì)于φu =0的情況， Ns 。Ns值取決于邊坡坡角β和高度系數(shù) D，其中DH 是到穩(wěn)固地層的深度。吉布森和摩根斯特恩[]發(fā)表了《不排水強(qiáng)度cu(φu =0)隨深度線性變化的正常固結(jié)粘土邊坡的穩(wěn)定系數(shù)》。在這種方法中，潛在破壞面再次被假定為以O(shè)為圓心，以r為半徑的圓弧。試驗(yàn)性破壞面（AC）以上的土體（ABCD），被垂直劃分為一系列寬度為b的條塊。每個(gè)條塊的底邊假定為直線。對(duì)于任何一個(gè)條塊來(lái)說(shuō)，其底邊與水平線的夾角為α，它的高，從中心線測(cè)量，為h。安全系數(shù)定義為有效抗剪強(qiáng)度(τf)與保持邊限平衡狀態(tài)的抗剪強(qiáng)度(τm)的比值，即： 每個(gè)條塊的安全系數(shù)取相同值，表明條塊之間必須互相支持，即條塊間必須有力的作用。 作用于條塊上的力（條塊每個(gè)單元維上法向力）如下：，W=γb h（適當(dāng)時(shí)用γsat），N（等于σl）。總體上，這個(gè)力有兩部分：有效法向力N39。（等于σ39。l ）和邊界孔隙水壓力U（等于ul），其中u是底邊中心的孔隙水壓力，而l是底邊長(zhǎng)度。，T=τml。, E1和E2。，X1 和X2任何的外力也必須包含在分析之中。這是一種靜不定問(wèn)題，為了得到解決，就必須對(duì)于條塊間作用力E 和X作出假定：安全系數(shù)的最終解答是不準(zhǔn)確的。考慮到圍繞O點(diǎn)的力矩，破壞弧AC上的剪力T的力矩總和，必須與土體ABCD重量所產(chǎn)生的力矩相等。對(duì)于任何條塊，W的力臂為rsinα，因此∑Tr=∑Wr sinα則， 對(duì)于有效應(yīng)力方面的分析：或者 () 其中La是弧AC的長(zhǎng)度。，但是當(dāng)確定力N39。時(shí)引入了近似。對(duì)于給定的破壞面，F(xiàn)的取值將決定于力N39。的計(jì)算方法。 在這種解法中，假定對(duì)于任何一個(gè)條塊，條間的相互作用力為零。解答包括了解出每個(gè)條塊垂直于底邊的作用力，即：N39。=WCOSαul因此，在有效應(yīng)力方面的安全系數(shù)（），由下式計(jì)算： ()對(duì)于每個(gè)條塊，Wcosα和Wsinα可以通過(guò)圖表法確定。α的取值可以通過(guò)測(cè)量或計(jì)算得到。同樣地，也必須選擇一系列試驗(yàn)性的破壞面來(lái)獲得最小的安全系數(shù)。這種解法所得的安全系數(shù)：與更精確的分析方法相比，其誤差通常為52%。 應(yīng)用總應(yīng)力法分析時(shí)，使用參數(shù)Cu 和φu。如果φu=0，那么安全系數(shù)為： () 因?yàn)镹’，故得到的安全系數(shù)F值是精確的。在這種解法中，假定條塊側(cè)面的力是水平的，即：XlX2=0為了達(dá)到平衡，任何一個(gè)條塊底邊上的剪力為： 解答垂直方向上的力： ()很方便得到： l=b secα，通過(guò)一些重新整理， ()孔隙水壓力通過(guò)孔壓比，可以與任何點(diǎn)的與總“填充壓力”相聯(lián)系，定義為： ()(適當(dāng)時(shí)用γsat)．對(duì)于任何條塊, : () ，必須使用一系列近似，才能獲得解答，但收斂很快?；谟?jì)算的重復(fù)性，需要選擇充分?jǐn)?shù)量的試驗(yàn)性破壞面。條分法特別適合于計(jì)算機(jī)解答。可以引入更復(fù)雜的邊坡幾何學(xué)和不同的土層。 在大多數(shù)問(wèn)題中，孔壓力比的取值ru在整個(gè)破壞面上是不一致的，但一旦存在獨(dú)立的高孔壓區(qū)，通常在設(shè)計(jì)中采用平均值（單位面積上的荷重）。同樣的，這種方法確定的安全系數(shù)過(guò)低，但誤差不超過(guò)7％，多數(shù)情況下小于2％。斯班瑟 [] 提出了一種分析方法，在此法中，條塊間的作用力是水平的，且滿足力和力矩平衡。斯班瑟得到了只滿足力矩平衡的畢肖普簡(jiǎn)化解，其精確度取決于邊坡條塊間作用力力矩平衡的不敏感性。 ，是由畢肖普和摩根斯特恩[]發(fā)表的。由此可見(jiàn)，對(duì)于給定坡角和給定土性的邊坡，安全系數(shù)隨γu 線性變化，因此可以表示為：F=mγu ()其中m和n是穩(wěn)定系數(shù)。系數(shù) m 和 n 是β,φ’， c39。/γ及深度系數(shù) D的函數(shù)。假定潛在破壞面與邊坡面平行,所在深度與邊坡長(zhǎng)度相比很小。那么,邊坡可以看作無(wú)限長(zhǎng),忽略端部效應(yīng)。邊坡與水平線成β角,。水位線在破壞面以上高度mz (0m1)處,與邊坡平行。假定穩(wěn)定滲流發(fā)生在與邊坡平行的方向上。任何垂直條塊側(cè)面上的力是等值反向的,且破壞面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)是相同的. 應(yīng)用有效應(yīng)力法,沿著破壞面上的土的抗剪強(qiáng)度為: 安全系數(shù)為:σ,τ和μ表達(dá)為:接下來(lái)的特殊情況是需要引起注意的。如果 c’=0 和 m=0 (即坡面與破壞面間的土是不完全飽和的),那么: ()如果c’=0 和m=1(即水位線與邊坡面一致) ，那么： ()應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)c’=0 時(shí)，安全系數(shù)是與深度無(wú)關(guān)的。如果c’ 大于零，那么安全系數(shù)就是z 的函數(shù)，如果z 比規(guī)定值還小的話，β可能會(huì)超過(guò)φ’ 。 應(yīng)用總應(yīng)力分析法，需使用抗剪強(qiáng)度參數(shù)cu 和φu ，而u取值為零。摩根斯特恩和普萊斯[]提出了一般分析法，此法滿足所有的邊界條件和平衡條件，破壞面可以是任何形狀，圓弧，非圓弧或符合型。破壞面以上的土體被劃分為一系列垂直的平面，問(wèn)題通過(guò)假定每部分之間垂直邊界上的作用力E 和X的關(guān)系 而轉(zhuǎn)化為靜定。這個(gè)假定的形式為X=f(x)E ()其中f(x)是描述隨土體而變化的比值X/E 的形式的任意函數(shù)，而λ是尺寸效應(yīng)系數(shù)。λ的值是在解安全系數(shù)F時(shí)一同獲得的。在每個(gè)垂直邊界上能夠確定作用力E 和X的值及作用點(diǎn)。對(duì)于任意的假定函數(shù) f(x) ，有必要仔細(xì)地檢查解答，以確定其在物理學(xué)上的合理性（即破壞面以上土體中沒(méi)有剪切破壞或張力）。函數(shù)f(x)的選擇對(duì)于F的計(jì)算值的影響不能超過(guò) 5% ，通常假定f(x)=l。