【正文】 第 2章 邊坡處治基本理論及穩(wěn)定性分析 167。 概述 邊坡處治，首先要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。邊坡穩(wěn)定分析的方法很多， 目前在工程中廣為應(yīng)用的是傳統(tǒng)的 極限平衡理論 。近幾年，基于不同的力學(xué)模型而建立起來(lái)的各種 數(shù)值分析 計(jì)算方法也越來(lái)越受到工程界的重視。 一般來(lái)說(shuō)， 不同的邊坡類型 ， 不同的分析目的以及可獲得的基本資料情況，應(yīng)采用與之相適應(yīng)的計(jì)算理論和穩(wěn)定分析方法 。 在工程設(shè)計(jì)中，判斷邊坡穩(wěn)定性的大小 習(xí)慣上采用邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)來(lái)衡量。 l955年，畢肖普()明確了土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的定義： fSF ??? () 式中： f? —— 沿整個(gè)滑裂面上的平均抗剪強(qiáng)度； r—— 沿整個(gè)滑裂面上的平均剪應(yīng)力； SF —— 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。 按照上述邊坡穩(wěn)定性概念 ， 顯然 ， SF 1 ， 土坡穩(wěn)定 ； SF 1 ， 土坡失穩(wěn) ； SF =1 ， 土坡處于臨界狀態(tài)。 穩(wěn)定性系數(shù) =可供利用的抗滑力 /滑動(dòng)力 式中：f?—— 沿整個(gè)滑裂面上的平均抗剪強(qiáng)度； τ —— 沿整個(gè)滑裂面上的平均剪應(yīng)力； SF—— 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。 按照上述邊坡穩(wěn)定性概念 ， 顯然 ，SF1 ， 土坡穩(wěn)定 ；SF1 ， 土坡失穩(wěn) ；SF=1 ，土坡處于臨界狀態(tài)。 邊坡穩(wěn)定性分析方法 邊坡穩(wěn)定性分析方法 極限分析法 瑞典圓弧法 Janbu條分法 Bishop條分法 物理模擬方法 數(shù)學(xué)模擬方法 其他方法 極限平衡法 數(shù)值分析方法 斯賓塞法 摩根斯坦－普賴斯法 沙爾瑪法法 傳遞系數(shù)法 有限單元法(FEM) 離散單元法(DEM)、塊體理論和不連續(xù)變形分析(DDA) 邊界元法 快速拉格朗日法(FLAC) 流形元法 《 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 》 中的基本規(guī)定 邊坡 : 巖質(zhì)邊坡與土質(zhì)邊坡。巖質(zhì)邊坡的破壞形式按下表劃分： 確定巖質(zhì)邊坡的巖體類型應(yīng)考慮主要結(jié)構(gòu)面與坡向的關(guān)系、結(jié)構(gòu)面傾角大小和巖體完整程度等因素 。確定巖質(zhì)邊坡的巖體類型時(shí)，由堅(jiān)硬程度不同的巖石互層組成且每層厚度小于 5m的巖質(zhì)邊坡宜視為由相對(duì)軟弱巖石組成的邊坡。當(dāng)邊坡巖體由兩層以上單層厚度大于 5m的巖體組合時(shí)，可分段確定邊坡類型。 《 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 》 中的基本規(guī)定 1）邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)在充分查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)邊坡巖土類型和結(jié)構(gòu)， 綜合采用工程地質(zhì)類比法 和 剛體極限平衡計(jì)算法 進(jìn)行。 2）對(duì)土質(zhì)較軟、地面荷載較大、高度較大的邊坡，其坡角地面抗隆起和抗?jié)B流等穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 。 3）在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算之前，應(yīng)根據(jù)邊坡水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)特征以及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，對(duì)邊坡的 可能破壞形式 和 邊坡穩(wěn)定性狀態(tài) 做出 定性判斷 ，確定邊坡 破壞的邊界范圍 、 邊坡破壞的地質(zhì)模型 ，對(duì) 邊坡破壞趨勢(shì)作出判斷 。 4）邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法，根據(jù)邊坡類型和可能的破壞形式，可按下列原則確定： (1) 土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡宜采用 圓弧滑動(dòng)法 計(jì)算； (2) 對(duì)可能產(chǎn)生平面滑動(dòng)的邊坡宜采用 平面滑動(dòng)法 計(jì)算； (3) 對(duì)可能產(chǎn)生折線滑動(dòng)的邊坡宜采用 折線滑動(dòng)法 計(jì)算； (4) 當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜時(shí)，宜 結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行分析 。 167。 分析方法很多，但可分為兩大類，即以 極限平衡理論 為基礎(chǔ)的條分法 和以 彈塑性理論 為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算方法 。 條分法 實(shí)際上是一種剛體極限平衡分析法。其 基本思路 是：假定邊坡的巖土體坡壞是由于邊坡內(nèi)產(chǎn)生了滑動(dòng)面 ，部分坡體沿滑動(dòng)面而滑動(dòng)造成的?；瑒?dòng)面上的坡體服從破壞條件。 假設(shè)滑動(dòng)面已知 ， 通過(guò)考慮滑動(dòng)面形成的隔離體的靜力平衡 ，確定沿滑面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載，或者說(shuō)判斷滑動(dòng)面上的滑體的穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定程度。 該滑動(dòng)面是人為確定的 ， 其形狀可以是平面、圓弧面、對(duì)數(shù)螺旋面或其他不規(guī)則曲面 。隔離體的靜力平衡可以是滑面上 力的平衡或力矩的平衡 。隔離體 可以是一個(gè)整體，也可由若干人為分隔的豎向土條組成 。由于滑動(dòng)面是人為假定的，我們只有通過(guò) 系統(tǒng)地 求出一系列滑面 發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載 ，其中最小的破壞荷載要求的極限荷載與之相應(yīng)的滑動(dòng)面就是可能存在的 最危險(xiǎn)滑動(dòng)面 。 條分法的基本假定如下： 把滑動(dòng)土體豎向分為 n個(gè)土條，在其中任取 1條記為 i，如圖，在該土條上作用的已知力有：土條本身重力 Wi，水平作用力 Qi(如地震產(chǎn)生的水平慣性力等 )，作用于土條兩側(cè)的孔隙水壓力 Ui及 Ui+1（差值為 △ ui, ），作用于土條底部的孔隙水壓力 ui。土條上的力矢多邊形如圖 。當(dāng)滑面形狀確定后，土條的有關(guān)幾何尺寸也可確定，如底部坡角 ai，底弧長(zhǎng) li，滑面上的土體強(qiáng)度，也已確定。要使整個(gè)土體達(dá)到力的平衡，其未知力還有：每一土條底部的有效法向反力，共 n個(gè)；兩相鄰?fù)翖l分界面上的法向條間力 Ei，共 n1個(gè)，切向條間力 Xi，共 n1個(gè)；兩相鄰?fù)翖l間力 Xi及 Ei合力作用點(diǎn)位置 Zi，共 n1個(gè)；每一土條底部切向力 Ti及其與法向力 Ni的合力作用點(diǎn)位置 ai，共 2n個(gè)。另外，滑體的安全系數(shù) Fs， l個(gè)。 綜合上述分析 ，我們得到 共計(jì)有 6n2個(gè)未知量 ，我們 能得到的只有各土條水平向 及 垂直向力的平衡 以及 土條的力矩平衡 共計(jì) 3n個(gè)方程 。因此，邊坡的穩(wěn)定分析實(shí)際上是一個(gè) 求解高次超靜定問題 。要使問題有唯一解就必須建立新的條件方程。解決的途徑有兩個(gè)：一個(gè)是 利用變形協(xié)調(diào)條件 ，引進(jìn)土體的應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系，另一個(gè)是作出 各種簡(jiǎn)化假定以減少未知量或增加方程數(shù) 。 前者會(huì)使問題變得異常復(fù)雜 ， 工程界基本上不采用 ， 后者采用不同的假定和簡(jiǎn)化，而導(dǎo)出不同的方法。 假定 n1個(gè) Xi值，更簡(jiǎn)單地假定所有 Xi=0(條塊間的合力是水平的 ),這就是常用的 畢肖普方法。 假定 Xi與 Ei的交角或條間力合力的方向，而有 斯賓塞()法 (條塊間力的合力的方向相互平行 )， 摩根斯坦－普賴斯法 (Menstem— ， )(兩相鄰條塊法向條間力和切向條間力之間存在一個(gè)對(duì)水平方向坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系 )、 沙爾瑪法 (.)(沿條塊側(cè)面達(dá)到極限平衡 )以及 不平衡推力傳遞法 。 假定條間力合力的作用點(diǎn)位置，而有 簡(jiǎn)布 ()提出的普遍條分法。 大量研究表明，為減少未知量所作的各種假設(shè)， 在滿足合理