【正文】 任意形狀滑裂面搜索相應(yīng)最小安全系數(shù)的臨界滑裂面。 滑裂面形狀 程序提供圓弧和任意形狀滑裂面的計(jì)算功能。非線性強(qiáng)度指標(biāo)包括： RS、 QS組合包線、鄧肯的雙曲線強(qiáng)度指標(biāo)和 DeMello的指數(shù)強(qiáng)度指標(biāo)。 土壓力分析 程序提供計(jì)算主動(dòng)土壓力的功能。 Sloan(1988年 ,1989年 )運(yùn)用有限元方法和線性規(guī)劃方法給出了下限與上限分析方法，但是未見(jiàn)這種方法的實(shí)際應(yīng)用的例子。 1992年，我國(guó)學(xué)者陳祖煜在澳大利亞 Monash大學(xué)任高級(jí)研究員期間，與 Donald教授合作，對(duì)這一方法做出了重要發(fā)展。當(dāng)滑坡體為連續(xù)介質(zhì)時(shí) (如土質(zhì)邊坡 )，每個(gè)土條界面傾斜角度 ?i將和滑裂面坐標(biāo)一起通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，確定一個(gè)相應(yīng)最小安全系數(shù)的臨界模式。并要求側(cè)面 取這組陡傾角結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度指標(biāo)。 ⑴ 關(guān)于滑裂面的處理 采用多塊體破壞機(jī)制，可以模擬折線或曲線滑裂面。相鄰兩點(diǎn)之間可以用曲線也可以用直線相連，構(gòu)成一個(gè)任意形狀的滑裂面 ，參見(jiàn)圖 。對(duì)此， EMU提供以下幾種選擇： ① 默認(rèn)的功能，使用界面通過(guò)的各土層指標(biāo)的平均值。 軟弱夾層 圖 斜條分法滑動(dòng)模式 Figure . Oblique Method of sliding Mode ⑶ 外荷載 外荷載包括以下各項(xiàng)： ① 孔隙水壓力。不考慮地震加速度沿垂直方向放大。包括了一個(gè)具有錨索的邊坡穩(wěn)定分析方法。此時(shí)滑裂面上最后一個(gè)控制點(diǎn)不與邊坡表面相交（ EMU通常的作法是自動(dòng)找到滑面與坡頂?shù)慕稽c(diǎn)，然后滑裂面上最后一個(gè)控制點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整到該交點(diǎn)的位置）。 理正巖土邊坡分析軟件程序說(shuō)明 ]9[ 理正邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)最初是針對(duì)鐵路、公路路基設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件，經(jīng)半年多的推廣應(yīng)用已經(jīng)得到行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，并于 99年 12月通過(guò)了鐵道部的鑒定，證明是高效的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。 水的作用： 選擇“考慮”或“不考慮”水的作用；可設(shè)置任意形式水面浸潤(rùn)線；自動(dòng)施加靜水壓力；自動(dòng)計(jì)算水浮力、滲透壓力；可按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》方法進(jìn)行計(jì)算；可自動(dòng)讀取理正滲流軟件原始數(shù)據(jù)及浸潤(rùn)線；鏡像功能自動(dòng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，依次計(jì)臨水側(cè)、背水側(cè)的邊坡穩(wěn)定。 滑動(dòng)破裂面： 直線、圓弧、折線和圓弧任意組合；水面、滑動(dòng)面、土層層面與土條的交點(diǎn)，自動(dòng)作為計(jì)算控制點(diǎn)。 加筋材料對(duì)穩(wěn)定的貢獻(xiàn)： 錨桿；土工布。拉格朗日元法是一種利用拖帶坐標(biāo)系分析大變形問(wèn)題的數(shù)值方法，并利用差分格式按時(shí)步積分求解。如果合力不等于零，結(jié)點(diǎn)就具有了失穩(wěn)力，就要產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。對(duì)加速度進(jìn)行積分 ,即可得結(jié)點(diǎn)新的位移值，由此可以求得各結(jié)點(diǎn)新的坐標(biāo)值。針對(duì)巖體工程中經(jīng)常遇到的斷層、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面 ,程序提供了一種界面或滑動(dòng)面模型。 ANSYS 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 某水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 20 穩(wěn)定問(wèn)題的分析方法可以大致分為解析方法和近似方法兩類(lèi)。 ANSYS 是一個(gè)非常有用的有限元通用軟件，可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種穩(wěn)定分析。該水庫(kù)樞紐建筑物由混凝土面板堆石壩、左岸輸水隧洞、發(fā)電廠房、右岸泄洪沖沙洞及溢洪道組成。為保證施工安全及永久建筑物運(yùn)行的安全，及時(shí)查明邊坡失穩(wěn)的機(jī)理，并采取切實(shí)有效的加固治理措施是極為必要的。成為以粘性土為主，含少量碎石角礫及植物根系。含少量 Fe、 Mn質(zhì)結(jié)核。部分地段夾粉質(zhì)粘土?，F(xiàn)將室內(nèi)土工試驗(yàn)及野外原位測(cè)試成果統(tǒng)計(jì)歸納于表 1 和表 2。瑞典條分法，假設(shè)滑動(dòng)面為圓弧面，不考慮土條的條間力，即 Ei=Xi=0,減少 2n2個(gè)未知數(shù)（其中 n為未知數(shù)個(gè)數(shù)）；某水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 22 簡(jiǎn)化 Bishop 法，假設(shè)滑動(dòng)面為圓弧面，考慮土條的水平條間力，切向條間力 Xi=0，減少 n1 個(gè)未知數(shù)，但在計(jì)算時(shí)有時(shí)不收斂。根據(jù)鉆探及地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，邊坡坡體地下水位線與邊坡坡向一致，具有較大的水力坡度，坡體中存在局部分布的上層滯水，沿粘性土與上部粉土、砂土界面滲出，或以下降泉形式排泄，給邊坡造成較大的動(dòng)水壓力。 邊坡的加固治理 加固方法的比較 一、 支擋 。 二、 加固 。注漿加固可對(duì)邊坡進(jìn)行深層加固 ；⑵ 錨桿加固 。 對(duì)于軟質(zhì)巖石邊坡或土質(zhì)邊 坡，可向坡體內(nèi)打入足夠數(shù)量的土釘，對(duì)邊坡起到加固作用。 當(dāng)邊坡較高、坡體可能的潛在破裂面位置較深時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨索不失為一種較好的深層加固手段。 邊坡防護(hù)包括植物防護(hù)和工程防護(hù)。 當(dāng)邊坡坡度較陡、坡面土體松散、自穩(wěn)性差時(shí)，可采用圬工砌體封閉防護(hù)措施。 四、 排水 。 加固措施 根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果，考慮邊坡現(xiàn)狀條件、影響邊坡穩(wěn)定性的幾個(gè)主要因素及各類(lèi)邊坡支擋結(jié)構(gòu)的適用條件，邊坡加固措施如下： 采用擋土墻加回填土護(hù)坡支護(hù)。 邊坡計(jì)算斷面采用擋土墻和抗滑樁支護(hù)后安全系數(shù)達(dá)到 。 小結(jié) 根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果，考慮邊坡現(xiàn)狀條件、影響邊坡穩(wěn)定性的幾個(gè)主要因素及各類(lèi)邊坡支擋結(jié)構(gòu)的適用條件，對(duì)邊坡進(jìn)行了加固治理。如何根據(jù)具體的邊坡工程地質(zhì)條件，具體地。采用綜合治理措施，多道工序交叉作業(yè) ，應(yīng)制定合理的施工工序。 該邊坡綜合治理后的工程地質(zhì)剖面圖和平面圖見(jiàn)附錄圖 7和圖 8。 某水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 24 采用抗滑樁支護(hù)。 為防止邊坡以外的水流進(jìn)入坡體，對(duì)坡面進(jìn)行沖刷，影響邊坡穩(wěn)定性，通常在邊坡外緣設(shè)置截水溝，以攔截坡外水流 ；⑵ 坡內(nèi)排水溝 。 對(duì)于穩(wěn)定性較好的巖質(zhì)邊坡，可在其表面噴射一層素混凝土，防止巖石繼續(xù)風(fēng)化、剝 落，達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。 植物防護(hù)是在坡面上栽種樹(shù)木、植被、草皮等植物，通過(guò)植物根系發(fā)育，起到固土，防止水土流失的一種防護(hù)措施。該方法屬于內(nèi)部加固結(jié)構(gòu)的鋪設(shè)型方法，這類(lèi)構(gòu)件具有不同的規(guī)格型號(hào)，隨著填土一層一層地鋪設(shè)，以適應(yīng)不同的環(huán)境要 求，在坡面往往將土工布彎回。與錨桿相比，土釘加固具有 “ 短 ” 而 “ 密 ” 的特點(diǎn)，是一種淺層邊坡加固技術(shù)。錨桿加固邊坡的機(jī)理相當(dāng)于螺栓的作用。 當(dāng)邊坡坡體較破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育時(shí)，可采用壓力注漿這一手段，對(duì)邊坡坡體進(jìn)行加固。對(duì)于不穩(wěn)定的邊坡巖土體，使用支擋結(jié)構(gòu)（擋墻、抗滑樁等）對(duì)其進(jìn)行支擋，是一種較為可靠的處治手段。構(gòu)成邊坡的主要地層粘土③層具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形的特點(diǎn)，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性極為不利。 穩(wěn)定性分析 根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。見(jiàn)下表： 表 3 Tab 3 計(jì) 算 方 法 瑞典條分法 簡(jiǎn)化 Bishop法 F 最不利滑動(dòng)面 數(shù)據(jù)文件 F 最不利滑動(dòng)面 數(shù)據(jù)文件 滑動(dòng)圓心坐標(biāo) 滑動(dòng)半徑 （ m） 滑動(dòng)圓心坐標(biāo) 滑動(dòng)半 徑（ m） (,) (,) 加固前邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果圖見(jiàn)附錄圖 3 和圖 4。 基巖（γ 25 ） 第四層及其以下為燕山期黑云二長(zhǎng)花崗巖。 粘土（單元層代號(hào)③）：褐黃色夾褐紅、灰白色，呈花斑狀，硬塑狀態(tài)，部分可塑狀態(tài)，飽和。 第四系坡洪積（ Q pldl? ） 粘土（單元層代號(hào)②）：褐紅色、紅色，可塑～硬塑狀態(tài)，飽和。 設(shè)計(jì)工程地質(zhì)概況 在勘察工作中布置了 1 條邊坡計(jì)算斷面，按點(diǎn)距 15～ 30m 的 布置鉆孔， 共 布置鉆孔3 個(gè) ，鉆孔編號(hào) 1～ 3，預(yù)計(jì)孔深 15～ 30m。裝機(jī)總量 6400kw。對(duì)于跳躍失穩(wěn)問(wèn)題，需要考慮屈曲后的變形受力行為，一般采用弧長(zhǎng)法追蹤屈曲后的屈曲加載路徑，計(jì)算出屈曲后的荷載 位移曲線。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元理論的飛速發(fā)展，使得有限單元法的優(yōu)勢(shì)日益明顯。軟件提供了 100種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 ANSYS 軟 件非線性有限單元法分析 ]12[ ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。 FLAC 3D程序 含有一個(gè)三維網(wǎng)格生成器，只要輸入各網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo) ,系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)定的形態(tài)生成網(wǎng)格。對(duì)于每一個(gè)區(qū)域而言，可以根據(jù)其周?chē)Y(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度求得它的應(yīng)變率，然后根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系求得應(yīng)力的增量。模型經(jīng)過(guò)網(wǎng)格劃分，物理網(wǎng)格映射成數(shù)學(xué)網(wǎng)格，數(shù)學(xué)網(wǎng)格上的某個(gè)結(jié)點(diǎn)就與物理網(wǎng)格上相應(yīng)某水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 19 的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。 Flac3D 軟件有限元分析 ]10[ ]11[ FLAC 3D是由美國(guó) Itasca Consulting Group lnc 開(kāi)發(fā)的三維顯式有限差分法程序 ,它可以模擬巖土或其它材料的三維力學(xué)行為。 開(kāi)放式專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)模板： 系統(tǒng)提供分不同土層情況的高路堤、陡坡路堤、路塹、浸水堤基等例題，并可由用戶(hù)不斷擴(kuò)充。 計(jì)算方法的選擇： 瑞典條分法；簡(jiǎn)化 Bishop法； JanBu法。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的《理正邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)》在內(nèi)容和功能上都作了較大的調(diào)整和改進(jìn)，發(fā)展成為面向各個(gè)行業(yè)，能夠處理各種復(fù)雜情況的通用邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng) ,并且于 2020年通過(guò)水利部水規(guī)總院的鑒定。拉裂縫內(nèi)可以充滿(mǎn)水。 ⑷ 拉裂縫 當(dāng)坡頂材料的凝聚力較大，宜設(shè)一個(gè)拉裂縫。用戶(hù)可根據(jù)需要輸入表面集中和分布荷載。 某水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 17 ② 地震荷載。 ② 對(duì)各個(gè)界面按指定的土層編號(hào)賦以相應(yīng)的指標(biāo)。 ⑵ 強(qiáng)度指標(biāo) 本程序使用摩爾 — 庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則，并提供 HoekBrown經(jīng)驗(yàn)方法確定強(qiáng)度的準(zhǔn)則。由于本程序主要用于巖質(zhì)邊坡，故無(wú)圓弧滑裂面的功能。 作為一種特殊情況，如果側(cè)面是垂直的，并且要求角度 ?I=0在優(yōu)化計(jì)算過(guò)程中保持某水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 16 不變。 當(dāng)滑坡體為巖質(zhì)邊坡時(shí)，一般要求條塊側(cè)面的傾角模擬一組陡傾角結(jié)構(gòu)面，傾斜條塊的界面代表了這組陡傾角結(jié)構(gòu)面。 二、程序的的主要功能 EMU是一個(gè)對(duì)滑坡體采用傾斜條塊的極限分析上限解的穩(wěn)定分析程序。 1991年， Giam 和 Donald在已有研究工作的基礎(chǔ)上，成功地將塑性力學(xué)的上限定理運(yùn)用到邊坡穩(wěn)定分析領(lǐng)域，即邊坡穩(wěn)定分析的能量法。 Emu 軟件的程序說(shuō)明 一、 EMU程序開(kāi)發(fā)過(guò)程 近十多年來(lái)，許多學(xué)者致力于塑性力學(xué)的極限分析理論在邊坡穩(wěn)定領(lǐng)域的應(yīng)用研究，并取得了一些進(jìn)展。 外荷載 程序提供輸入表面荷載和集中荷載的功能?？梢赃M(jìn)行拉裂縫充水或不充水的穩(wěn)定分析。 總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法 根據(jù)土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，本程序提供有效應(yīng)力法的計(jì)算功能，同時(shí)，也對(duì)以下三種情況，提供總應(yīng)力法計(jì)算功能。包括 MorgensternPrice法和 Spencer法。但是，在巖質(zhì)邊坡，特別是具有軟弱夾層的問(wèn)題時(shí)，本程序也有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 1995年至現(xiàn)在， STAB95逐步獲得推廣，在此過(guò)程中，順應(yīng)微機(jī)操作系統(tǒng)從 DOS轉(zhuǎn)向 WINDOWS的潮流，提出了 STAB95的 WINDOWS仿真 DOS環(huán)境下運(yùn)行的版本。 1982至 1984年，作者在潘家錚院士主持的“水工建筑物設(shè)計(jì)專(zhuān)用程序”項(xiàng)目中，承擔(dān)了編制土石壩邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)專(zhuān)用程序的工作。 4 邊坡穩(wěn)定性分析程序 Stab 及 Emu 邊坡分析軟件的程序說(shuō)明 ]8[ Stab 軟件的程序說(shuō)明 一、 STAB程序開(kāi)發(fā)過(guò)程 STAB程序前后經(jīng)過(guò)了二十余年的開(kāi)發(fā)過(guò)程。不過(guò)，邊坡局部塑性區(qū)的出 現(xiàn)并不一定就喪失整體穩(wěn)定，例如在計(jì)算中邊坡坡腳處出現(xiàn)塑性區(qū)或邊坡頂部產(chǎn)生張拉區(qū)，對(duì)于邊坡整體而言可能依然是穩(wěn)定的，因而僅從破壞區(qū)的發(fā)育情況并不能回答邊坡在整體上是否穩(wěn)定的問(wèn)題。 邊坡穩(wěn)定分析中條分法存在的問(wèn)題是：條分法把穩(wěn)定問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜力學(xué)問(wèn)題，除了滑動(dòng)面上的應(yīng)力以外，沒(méi)有考慮其它任何地方的應(yīng)力，沒(méi)有建立應(yīng)力場(chǎng)，沒(méi)有考慮材料的應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系和材料的流動(dòng)規(guī)則，所以它只能是一種近似的方法；雖然條分法為手算提供了某些方便，但是在結(jié)合滲流場(chǎng)計(jì)算方面卻有其難以克服的困難：首先，條分法不能進(jìn)行滲流場(chǎng)的反演計(jì)算，它必須在已知邊坡滲流場(chǎng)后，再進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算；其次，目前沿用的條分法仍采用土條周邊的孔隙水壓力考慮問(wèn)題，由于難以正確估算，于是就只考慮土條兩側(cè)以及土條底部滑動(dòng)面上的水壓力，并 作了一些土重不同取法的規(guī)定，這是很粗略的近似，而且會(huì)因?yàn)楦拍畈磺逶斐慑e(cuò)誤。將土坡穩(wěn)定分析作為平面問(wèn)題，對(duì)每個(gè)土條可分別列兩個(gè)正交方向的靜力平衡方程和一個(gè)力矩平衡方程。 n個(gè)土條間接觸面上的切向力大小為未知量，無(wú)作用點(diǎn)，土條中的接觸面為 n1個(gè)，因此共有 n1個(gè)未知數(shù)； ⑸ 安全系數(shù) Fs。假設(shè) Ni作用在土條底面中點(diǎn)， Ti作用線平行于土條 i的底滑面?；嫔细鼽c(diǎn)的法向應(yīng)力采用條分法獲得。 Sarma 法是一種既滿(mǎn)足力的平衡又滿(mǎn)足力矩平衡的分析方法，計(jì)算時(shí)同時(shí)考慮滑體底面和側(cè)面的抗剪強(qiáng)度參數(shù) ，而且各滑塊可具有不同的 c、Φ值；滑塊的兩側(cè)可以任意傾斜（可以不用垂直條分），并不僅限于豎直邊界，因而能分析具有各種滑坡結(jié)構(gòu)特征的穩(wěn)定性，它可以用