【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(cè)向力的傾角等于該土條條底面傾角。我國(guó)工民建和鐵道部門在核算滑坡穩(wěn)定時(shí)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(dǎo)，直至最后一條土條的推力為零。 幾種方法的簡(jiǎn)單比較條分法至今已有70多年的歷史，之間經(jīng)過許多學(xué)者的研究改進(jìn)，基本出發(fā)點(diǎn)都是一樣，但計(jì)算方法日趨完善。 瑞典圓弧法是條分法中最古老而又簡(jiǎn)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(cè)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(dòng)土體在滑裂面上所產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩之比。由于不考慮條間力的作用，對(duì)每一土條力和力矩的平衡條件是不滿足的，只能滿足整個(gè)滑動(dòng)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(duì)于等于零或數(shù)值很小的軟粘土，滑裂面底部的正應(yīng)力對(duì)有效抗剪強(qiáng)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(duì)于圓弧滑裂面的總應(yīng)力法可得出基本正確的結(jié)果。 簡(jiǎn)化畢肖普法對(duì)傳統(tǒng)的費(fèi)倫紐斯法做了重要改進(jìn)。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(jiǎn)布法也是一種嚴(yán)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(cè)向力的分布，對(duì)安全系數(shù)的影響很??；對(duì)于任意形狀的滑裂面假定條間力的作用點(diǎn)，同時(shí)考慮力和力矩的平衡得到復(fù)雜的安全系數(shù)方程式，求解需要反復(fù)迭代。該法計(jì)算過程比較簡(jiǎn)單，可用手算或編制簡(jiǎn)單程序計(jì)算；但是實(shí)際計(jì)算時(shí)存在嚴(yán)重的收斂困難問題。 傳遞系數(shù)法是我國(guó)工程技術(shù)人員創(chuàng)造的一種滑坡穩(wěn)定分析的實(shí)用方法，計(jì)算簡(jiǎn)單，且為滑坡治理提供設(shè)計(jì)推力，在國(guó)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(dāng)滑裂面傾角較大時(shí)，求出的條間抗剪安全系數(shù)可能小于1，與實(shí)際不符。在光滑曲線滑裂面時(shí)，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(rèn)識(shí)水平還無法保證傳遞系數(shù)法在任何情況下都能提供準(zhǔn)確的答案。斯賓塞法和摩根斯坦一普賴斯法得到的結(jié)果與簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算結(jié)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(biāo)準(zhǔn)而使安全系數(shù)等于1，這樣可以不用試算或迭代，使計(jì)算工作大為簡(jiǎn)化。但由于缺少使用方面的經(jīng)驗(yàn)，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(jì)算的確定性分析方法，在邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)評(píng)價(jià)方面，由于系統(tǒng)規(guī)模較大，評(píng)價(jià)指標(biāo)的類型以及度量標(biāo)準(zhǔn)不同，評(píng)價(jià)信息不完整等原因，人們難以用確定性分析方法對(duì)它進(jìn)行精確的描述，因此在邊坡工程中我們可以根據(jù)實(shí)際需要選擇恰當(dāng)?shù)倪吰路€(wěn)定分析方法。 最危險(xiǎn)滑弧圓心位置的確定很據(jù)大量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)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(diǎn)向下做垂線，量取路堤高H得M點(diǎn)；由M點(diǎn)引水平線，得D點(diǎn)，在A點(diǎn)作一與邊坡夾角為β1的直線AE。在堤頂B點(diǎn)作與堤頂水平線成夾角β2的直線BE，并與AE相交于E點(diǎn)（β1和β2角的數(shù)值，見表21）。聯(lián)結(jié)DE點(diǎn)，并向外延伸。當(dāng)填料為軟粘土（φ=0）時(shí)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓的圓心位置即在E點(diǎn)；而當(dāng)φ0時(shí)，最危險(xiǎn)的圓心位置在DE線的延長(zhǎng)線上?？稍诖搜娱L(zhǎng)線上定3~5個(gè)圓心位置，計(jì)算相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)，由此得出最小值。有時(shí)為可靠起見，在此最小值附近，沿垂直DO延長(zhǎng)線的方向。再設(shè)幾個(gè)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(xiǎn)圓弧的圓心位置，可找再找到最危險(xiǎn)的圓心位后，還垂直此直線方向，再補(bǔ)找?guī)讉€(gè)圓心位置，驗(yàn)算有無更小的穩(wěn)定系數(shù)值。36176。法比較簡(jiǎn)便。對(duì)于重要的邊坡。以上兩種方法均適用于邊坡坡頂水平、滑動(dòng)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(jì)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(jì)算原理中國(guó)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(shè)計(jì)。對(duì)于基本烈度大于9度的地區(qū)，公路工程的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行專門研究，基本烈度為6度地區(qū)的公路工程，除國(guó)家特別規(guī)定外，可采用簡(jiǎn)易設(shè)防。在進(jìn)行地震優(yōu)化設(shè)計(jì)以后，在發(fā)生與之相當(dāng)?shù)幕玖叶鹊卣鹩绊憰r(shí)，位于一般地段的高速公路、一級(jí)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(jí)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(jí)公路工程，經(jīng)短期搶修即可恢復(fù)使用，三、四級(jí)公路工程和位于抗震危險(xiǎn)地段、軟弱粘性土層成液化土層上的二級(jí)公路以及位于抗震危險(xiǎn)地段的高速公路、一級(jí)公路工程，保證橋梁、隧道及重要的構(gòu)造物不發(fā)生嚴(yán)重破壞。對(duì)構(gòu)造物的地震作用，應(yīng)根據(jù)路線等級(jí)及構(gòu)造物的重要性和修復(fù)（搶修）的難易程度，按表22進(jìn)行修正。表22 重要性修正系數(shù)Ci路線等級(jí)及構(gòu)造重要性修正系數(shù)Ci高速公路和一級(jí)公路上的抗震工程高速公路和一級(jí)公路的一般工程、二級(jí)公路上的抗震重點(diǎn)工程、二、三級(jí)公路上橋梁的梁端支座二級(jí)公路的一般工程、三級(jí)公路上的抗震重點(diǎn)工程、四級(jí)公路上橋梁的梁端座三級(jí)公路的一般工程、四級(jí)公路上的抗震重點(diǎn)工程驗(yàn)算構(gòu)造物地震作用時(shí)，水平地震系數(shù)Kh應(yīng)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(yàn)算路基和擋土墻的抗震強(qiáng)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(yīng)與結(jié)構(gòu)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(jì)算。水平地震荷載按下式計(jì)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(jì)算土體的重(kN)； Ehs———作用于路基計(jì)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(zhì)土坡，邊坡坡率1:。土的容重γ=18kN/m3，內(nèi)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(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算各土條相應(yīng)滑弧的傾角αi，計(jì)算各土條的重量Wi，并分解為Ni及Ti。 Ni=Wi?cosαi Ti=Wi?sinαiAC總長(zhǎng)為AC=l=π1802θR=2πH1802sinαsinθ=（m）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，列表計(jì)算如表22表24 條分法檢算土坡的穩(wěn)定性土條編號(hào)土條重Wi（kN）傾角αi（度）WIsinαI(kN)WIcosαI(kN)︵AC 長(zhǎng)（m）1l=π1802θR=2πH1802sin34=234567891011合計(jì)根據(jù)上表計(jì)算，有 Fs1=WIcosαItanφ+clWIsinαI=tan30+17=[Fs]=穩(wěn)定性系數(shù)滿足《公路路基設(shè)計(jì)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(gè)圓心，按同法計(jì)算得 Fs2= ；Fs3= ；Fs4= ；Fs5=將五個(gè)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(gè)圓心的計(jì)算結(jié)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(jì)算： Ehs=CiCzKhGs 根據(jù)以上正常工況下計(jì)算的圓弧最危險(xiǎn)滑面，圓心為O4的滑面最危險(xiǎn),其穩(wěn)定性系數(shù) Fs4=，因此在地震工況下此滑面自動(dòng)滿足最危險(xiǎn)滑面，因此只需計(jì)算此滑面對(duì)應(yīng)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(jì)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(hào)土條重 （kN）傾角度(kN)(kN)（kN）（kN）（kN）+1 2 3 4 5 6 7 8 合計(jì)圓弧AC長(zhǎng)l=π1802θR=2πH1802sin34=。根據(jù)上表計(jì)算： Fs=（WIcosαIEhssinαi）tanφ+cl（WIsinαI+Ehscosαi）=tan30+17=，則本邊坡屬于穩(wěn)定。 小結(jié)本章的主要內(nèi)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(shè)計(jì)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(jiǎn)布普遍條分法等，這些方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，必須根據(jù)實(shí)際工程的需要選用。第二部分利用一個(gè)路堤邊坡穩(wěn)定性分析的典型案例來熟悉、驗(yàn)證這些原理。第3章 路堤工程抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)初探 理正軟件簡(jiǎn)介隨著科技和計(jì)算機(jī)技術(shù)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(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算采用理正巖土工程計(jì)算軟件，它能夠計(jì)算擋土墻、護(hù)坡、基坑支護(hù)等與巖土工程相關(guān)的支擋結(jié)構(gòu)，應(yīng)用較廣。理正巖土軟件采用瑞典條分法、簡(jiǎn)化Bishop法、JanBu法進(jìn)行圓弧破裂面穩(wěn)定計(jì)算，采用摩根斯頓?普賴斯法、簡(jiǎn)化Bishop法、簡(jiǎn)化JanBu法進(jìn)行折線破裂面穩(wěn)定計(jì)算，自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，輸出安全系數(shù)彩色云圖；可完成支線破裂面穩(wěn)定計(jì)算；計(jì)算支線、圓弧組合滑動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)、堤防規(guī)范、碾壓土石壩規(guī)范三種標(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)地層、傾斜地層、復(fù)雜地層），可滿足各種地層條件的要求；（3） 本軟件可計(jì)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(jì)算邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)；（5）本軟件提供的自動(dòng)搜索最小穩(wěn)定安全系數(shù)的方法，是理正技術(shù)人員研制、開發(fā)、應(yīng)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(duì)于較復(fù)雜的地質(zhì)條件，建議先指定區(qū)域搜索、分不同精度進(jìn)行分析，逐步逼近最優(yōu)解，這樣才能既快、又準(zhǔn)；（6） 對(duì)于圓弧穩(wěn)定計(jì)算，本軟件提供三種方法：瑞典條分法、簡(jiǎn)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(jì)算時(shí)，有時(shí)不收斂，也是正常的。需要用戶調(diào)整相關(guān)的參數(shù)再計(jì)算或用第一種方法；（7） 軟件可同時(shí)考慮地震作用、外加荷載、及錨桿、錨索、土工布等對(duì)穩(wěn)定的影響；（8）特別是針對(duì)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(jì)算堤壩的穩(wěn)定性（具有總應(yīng)力法及有效應(yīng)力法）；詳細(xì)的分析、考慮水的作用，包括堤壩內(nèi)部的水（滲流水）及堤壩外部