【文章內容簡介】 力方向的剎率為各種可能的函數(shù)，建立力和力矩的平衡方程。使超靜定問題變成靜定的。（4）不平衡推力傳遞法不平衡推力傳遞法假定土條側向力的傾角等于該土條條底面傾角。我國工民建和鐵道部門在核算滑坡穩(wěn)定時使用非常廣泛，同樣適合于任意形狀的滑裂面。假定條間力的合力與上一土條底面相平行，根據(jù)力的平衡條件，逐條推導，直至最后一條土條的推力為零。 幾種方法的簡單比較條分法至今已有70多年的歷史，之間經(jīng)過許多學者的研究改進，基本出發(fā)點都是一樣，但計算方法日趨完善。 瑞典圓弧法是條分法中最古老而又簡單的方法。此法假定滑裂面是圓弧面，還假定不考慮土條兩側的作用力，安全系數(shù)定義為各土條在滑裂面上所提供的抗滑力矩和外力及滑動土體在滑裂面上所產(chǎn)生的滑動力矩之比。由于不考慮條間力的作用，對每一土條力和力矩的平衡條件是不滿足的，只能滿足整個滑動土體的整體力矩平衡條件，因此產(chǎn)生的誤差使求出的安全系數(shù)偏低10%20%，并隨滑裂面圓心角和孔隙水壓力的增大誤差也增大。一般對于等于零或數(shù)值很小的軟粘土，滑裂面底部的正應力對有效抗剪強度影響較小，用瑞典圓弧法求出的安全系數(shù)不比其它方法保守。對于圓弧滑裂面的總應力法可得出基本正確的結果。 簡化畢肖普法對傳統(tǒng)的費倫紐斯法做了重要改進。提出安全系數(shù)的的定義，通過假定土條件間的作用力為水平方向，求出土條底的法向力，通過力矩平衡方程確定安全系數(shù)。得到的安全系數(shù)比較瑞典條分法的精度要高些，僅適用于圓弧形滑裂面。簡布法也是一種嚴格條分法，適用于任意形狀的滑裂面，坡面作用著各種荷載。該法中推力線的位置變化主要影響著土條側向力的分布，對安全系數(shù)的影響很小；對于任意形狀的滑裂面假定條間力的作用點，同時考慮力和力矩的平衡得到復雜的安全系數(shù)方程式，求解需要反復迭代。該法計算過程比較簡單，可用手算或編制簡單程序計算；但是實際計算時存在嚴重的收斂困難問題。 傳遞系數(shù)法是我國工程技術人員創(chuàng)造的一種滑坡穩(wěn)定分析的實用方法，計算簡單，且為滑坡治理提供設計推力，在國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范里都將其列為推薦方法使用。但此法條間合力方向是規(guī)定的，只考慮力的平衡，未能考慮力矩平衡條件，當滑裂面傾角較大時，求出的條間抗剪安全系數(shù)可能小于1，與實際不符。在光滑曲線滑裂面時，安全系數(shù)與畢肖普法十分接近，但遇到有軟弱夾層問題是，求得的安全系數(shù)偏大。目前的認識水平還無法保證傳遞系數(shù)法在任何情況下都能提供準確的答案。斯賓塞法和摩根斯坦一普賴斯法得到的結果與簡化畢肖普法計算結果基本上一樣。莎爾瑪法的基本假定是和摩根斯坦一普賴斯法一樣，但該法采用假想的臨界水平地震加速度作為衡量土坡穩(wěn)定程度的標準而使安全系數(shù)等于1，這樣可以不用試算或迭代，使計算工作大為簡化。但由于缺少使用方面的經(jīng)驗，影響了該法的廣泛使用。這里介紹了用于邊坡穩(wěn)定分析計算的確定性分析方法，在邊坡穩(wěn)定性工程地質評價方面，由于系統(tǒng)規(guī)模較大，評價指標的類型以及度量標準不同，評價信息不完整等原因，人們難以用確定性分析方法對它進行精確的描述，因此在邊坡工程中我們可以根據(jù)實際需要選擇恰當?shù)倪吰路€(wěn)定分析方法。 最危險滑弧圓心位置的確定很據(jù)大量計算的經(jīng)驗，最危險滑動圓弧的圓心，是在一條輔助線上，輔助線的位置，可按下述方法繪出：（如圖27所示）圖27 由坡腳A點向下做垂線，量取路堤高H得M點；由M點引水平線，得D點，在A點作一與邊坡夾角為β1的直線AE。在堤頂B點作與堤頂水平線成夾角β2的直線BE，并與AE相交于E點（β1和β2角的數(shù)值，見表21）。聯(lián)結DE點，并向外延伸。當填料為軟粘土（φ=0）時，最危險滑動圓的圓心位置即在E點；而當φ0時，最危險的圓心位置在DE線的延長線上?？稍诖搜娱L線上定3~5個圓心位置，計算相應的穩(wěn)定系數(shù)，由此得出最小值。有時為可靠起見，在此最小值附近，沿垂直DO延長線的方向。再設幾個圓心，求算有無更小的穩(wěn)定系數(shù)值。表21 β1和β2角的數(shù)值邊坡坡度1:1:1:1:1:1:1:1:邊坡傾角α63176。26′53176。08′45176。38176。40′33176。41′29176。45′26176。34′23176。58′β129176。30′29176。28176。27176。26176。25176。25176。25176。β240176。39176。37176。35176。30′35176。35176。35176。35176。36176。法（如圖28）圖28 36176。法在堤頂B處作與堤頂水平線成夾角36176。的直線BE，最 危險圓弧的圓心位置，可找再找到最危險的圓心位后，還垂直此直線方向，再補找?guī)讉€圓心位置，驗算有無更小的穩(wěn)定系數(shù)值。36176。法比較簡便。對于重要的邊坡。以上兩種方法均適用于邊坡坡頂水平、滑動圓弧通過邊坡破腳的情況。用前面已敘述的方法確定臨界圓心的位置，尋找臨界圓弧，計算最小安全系數(shù)Fsmin，用以判別土坡的穩(wěn)定性。工程上有如下要求： Fsmin≥[Fs] （221） 路堤工程地震穩(wěn)定性計算原理中國地震烈度區(qū)劃圖中所規(guī)定的基本烈度為9度地區(qū)的公路工程抗震設計。對于基本烈度大于9度的地區(qū)，公路工程的抗震設計應進行專門研究，基本烈度為6度地區(qū)的公路工程，除國家特別規(guī)定外，可采用簡易設防。在進行地震優(yōu)化設計以后，在發(fā)生與之相當?shù)幕玖叶鹊卣鹩绊憰r，位于一般地段的高速公路、一級公路工程，經(jīng)一般整修即可正常使用；位于一般地段的二級公路工程及位于軟弱粘性土層或液化土層上的高速公路、一級公路工程，經(jīng)短期搶修即可恢復使用，三、四級公路工程和位于抗震危險地段、軟弱粘性土層成液化土層上的二級公路以及位于抗震危險地段的高速公路、一級公路工程，保證橋梁、隧道及重要的構造物不發(fā)生嚴重破壞。對構造物的地震作用，應根據(jù)路線等級及構造物的重要性和修復（搶修）的難易程度，按表22進行修正。表22 重要性修正系數(shù)Ci路線等級及構造重要性修正系數(shù)Ci高速公路和一級公路上的抗震工程高速公路和一級公路的一般工程、二級公路上的抗震重點工程、二、三級公路上橋梁的梁端支座二級公路的一般工程、三級公路上的抗震重點工程、四級公路上橋梁的梁端座三級公路的一般工程、四級公路上的抗震重點工程驗算構造物地震作用時，水平地震系數(shù)Kh應按表23 采用。表23 水平地震系數(shù)Kh基本烈度（度）789水平地震系數(shù)Kh《公路抗震規(guī)范》規(guī)定：驗算路基和擋土墻的抗震強度和穩(wěn)定性，只考慮垂直路線走向的水平地震荷載。地震荷載應與結構重力、土的重力和水的浮力相組合，其它荷載不考慮。地震荷載采用靜力法計算。水平地震荷載按下式計算： Ehs=CiCzKhGs （222） 式中：Ci———重要性修正系數(shù)，；Cz———綜合影響系數(shù)，取Cz = ；Kh———水平地震系數(shù)，；Gs————路基計算土體的重(kN)； Ehs———作用于路基計算土體重心處的水平地震荷載(kN)； 典型案例分析已知一均質土坡，邊坡坡率1:。土的容重γ=18kN/m3，內摩擦角φ=30176。，粘聚力c=17kPa，試用條分法檢算土坡的穩(wěn)定性。解：本算例按照瑞典條分法檢算土坡穩(wěn)定性。圖29 計算簡圖如上圖所示，在CAD作圖，在圖中輔助線上定出圓心O1。由圖中查出θ=176。，由表21查出β1=26176。β2=35176。將滑體ABC分條，分為 11條，前10條寬4m，計算各土條相應滑弧的傾角αi，計算各土條的重量Wi，并分解為Ni及Ti。 Ni=Wi?cosαi Ti=Wi?sinαiAC總長為AC=l=π1802θR=2πH1802sinαsinθ=（m）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，列表計算如表22表24 條分法檢算土坡的穩(wěn)定性土條編號土條重Wi（kN）傾角αi（度）WIsinαI(kN)WIcosαI(kN)︵AC 長（m）1l=π1802θR=2πH1802sin34=234567891011合計根據(jù)上表計算，有 Fs1=WIcosαItanφ+clWIsinαI=tan30+17=[Fs]=穩(wěn)定性系數(shù)滿足《公路路基設計規(guī)范》的要求。因此該滑面穩(wěn)定。在輔助線上另找O2,O3,O4,O5四個圓心，按同法計算得 Fs2= ；Fs3= ；Fs4= ；Fs5=將五個圓心所確定的穩(wěn)定性系數(shù)作比較，見圖210： 圖210 穩(wěn)定性系數(shù)分析由此五個圓心的計算結果，得知最小安全系數(shù)為Fs4=[Fs]=，所定邊坡屬于穩(wěn)定。 地震工況下路基穩(wěn)定性檢算，只考慮垂直路線走向的水平地震荷載，水平地震荷載按下式計算： Ehs=CiCzKhGs 根據(jù)以上正常工況下計算的圓弧最危險滑面，圓心為O4的滑面最危險,其穩(wěn)定性系數(shù) Fs4=，因此在地震工況下此滑面自動滿足最危險滑面，因此只需計算此滑面對應的穩(wěn)定性系數(shù)即可確定路堤整體穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求。下面列表23計算地震烈度為9度工況下的穩(wěn)定性系數(shù)。表25 地震烈度為9度工況下的路堤穩(wěn)定性檢算土條編號土條重 （kN）傾角度(kN)(kN)（kN）（kN）（kN）+1 2 3 4 5 6 7 8 合計圓弧AC長l=π1802θR=2πH1802sin34=。根據(jù)上表計算： Fs=（WIcosαIEhssinαi）tanφ+cl（WIsinαI+Ehscosαi）=tan30+17=，則本邊坡屬于穩(wěn)定。 小結本章的主要內容分為兩部分：第一部分介紹邊坡穩(wěn)定性分析及抗震優(yōu)化設計的基本原理，著重介紹了分析黏性土坡穩(wěn)定性問題是用到的極限平衡法，如瑞典條分法、畢肖普法、簡布普遍條分法等，這些方法都各有優(yōu)缺點，必須根據(jù)實際工程的需要選用。第二部分利用一個路堤邊坡穩(wěn)定性分析的典型案例來熟悉、驗證這些原理。第3章 路堤工程抗震優(yōu)化設計初探 理正軟件簡介隨著科技和計算機技術的發(fā)展，以往不可能靠手工完成的工作現(xiàn)在己經(jīng)能夠依靠計算機的強大計算能力解決，在邊坡穩(wěn)定分析方面也是如此，因此本部分設計計算采用理正巖土工程計算軟件，它能夠計算擋土墻、護坡、基坑支護等與巖土工程相關的支擋結構，應用較廣。理正巖土軟件采用瑞典條分法、簡化Bishop法、JanBu法進行圓弧破裂面穩(wěn)定計算，采用摩根斯頓?普賴斯法、簡化Bishop法、簡化JanBu法進行折線破裂面穩(wěn)定計算，自動搜索最危險滑動面，輸出安全系數(shù)彩色云圖；可完成支線破裂面穩(wěn)定計算；計算支線、圓弧組合滑動面的剩余下滑力；考慮水浮力、滲透壓力、地震力、任意方向的附加里；提供三種土層模型。 該軟件具有下列功能：（1） 本軟件具有通用標準、堤防規(guī)范、碾壓土石壩規(guī)范三種標準，以滿足不同行業(yè)的要求；（2）本軟件提供三種地層分布模式（勻質地層、傾斜地層、復雜地層），可滿足各種地層條件的要求；（3） 本軟件可計算邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)、及剩余下滑力；（4） 本軟件提供多種方式計算邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)；（5）本軟件提供的自動搜索最小穩(wěn)定安全系數(shù)的方法，是理正技術人員研制、開發(fā)、應用到軟件中，并取得良好的效果。一般情況下，都可以得到最優(yōu)解。但是對于較復雜的地質條件，建議先指定區(qū)域搜索、分不同精度進行分析，逐步逼近最優(yōu)解，這樣才能既快、又準；（6） 對于圓弧穩(wěn)定計算，本軟件提供三種方法：瑞典條分法、簡化Bishop法、及Janbu法。集三種方法于一體，用戶可以根據(jù)不同的要求采用不同的方法。用戶需要注意的是采用后兩種方法計算時，有時不收斂，也是正常的。需要用戶調整相關的參數(shù)再計算或用第一種方法；（7） 軟件可同時考慮地震作用、外加荷載、及錨桿、錨索、土工布等對穩(wěn)定的影響；（8）特別是針對水利行業(yè)做了大量工作，除按水利的堤防、碾壓土石壩規(guī)范外，還參照了海堤等規(guī)范；提供按不同工況—施工期、穩(wěn)定滲流期、水位降落期計算堤壩的穩(wěn)定性（具有總應力法及有效應力法）；詳細的分析、考慮水的作用，包括堤壩內部的水（滲流水）及堤壩外部