【正文】 演計算，它必須在已知邊坡滲流場后，再進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析計算；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，而且會因為概念不清造成錯誤。因此，未知數(shù)個數(shù)比方程數(shù)多 n2個，只要土條數(shù)大于2，土坡穩(wěn)定分析問題即為超靜定問題。將土坡穩(wěn)定分析作為平面問題，對每個土條可分別列兩個正交方向的靜力平衡方程和一個力矩平衡方程。我們假定整個滑面上各點的安全系數(shù)相等，則安全系數(shù) Fs為 1個未知數(shù)。 n個土條間接觸面上的切向力大小為未知量，無作用點，土條中的接觸面為 n1個，因此共有 n1個未知數(shù)； ⑸ 安全系數(shù) Fs。 n個土條間接觸面上的法向力大小、作用點均為未知量。假設(shè) Ni作用在土條底面中點， Ti作用線平行于土條 i的底滑面。 設(shè)在滑動體內(nèi)土條總數(shù)為 n，任一土條 i上的作用力和未知數(shù)如下： ⑴ 重力 Wi?；嫔细鼽c的法向應(yīng)力采用條分法獲得。 對于ψ≠ 0的土坡，為了得到滑面上的抗剪強(qiáng)度，由摩爾 — 庫侖強(qiáng)度理論知道，需要計算滑面上各點的法向應(yīng)力σ n。 Sarma 法是一種既滿足力的平衡又滿足力矩平衡的分析方法，計算時同時考慮滑體底面和側(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，它可以用來評價各種類型滑坡的穩(wěn)定性，如平面滑動、楔體滑動、圓弧滑動和非圓弧滑動等各種復(fù)雜剖面巖土斜坡，且它無需條塊邊界垂直即無須垂直條分滑體，從而可以對各種特殊的邊坡破壞結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定極限平衡分析法采用垂直條分法，這個方法不能很好地考慮條塊側(cè)面的力的特性，特別是巖質(zhì)邊坡的斷層節(jié)理特征。它的基本思想是：斜坡巖土體除非是沿一個理想的平面圓弧而滑動，才可能作為一個完整剛體運(yùn)動，否則，巖土體必先破壞成多塊相對滑動的塊體才可能發(fā)生整體滑動。基于該原理的方法很多，如條分法、圓弧法、 Bishop法、 Janbu法、不平衡傳遞系數(shù)法等。通過反復(fù)計算和分析比較，對可能的滑動面給出穩(wěn)定性系數(shù)。這個方法，沒有象傳統(tǒng)的彈、塑性力學(xué)那樣引入應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系來求解本質(zhì)上為靜不定的問題，而是直接對某些多余未知量作假定，使得方程式的數(shù)量和未知數(shù)的數(shù)量相等，因而使問題變得靜定可解。但各種方法都是以剖面為對象的平面分析法。 20世紀(jì) 60年代以前，以滑弧法、塊體滑動法等為代表，對滑面和塊體的形狀、力學(xué)平衡條件以及物理力學(xué)參數(shù)等方面，引入了較多的簡化條件。因此，采用離散元方法分析邊坡穩(wěn)定性是可行的，其計算結(jié)果對工程有一定的指導(dǎo)意義。其首先建立了邊坡問題的離散元模型，單元間采用面 面接觸的無張力彈塑性接觸模型；然后計算分析了臨界開挖深度 D與自然坡角α、節(jié)理傾角θ及剪切強(qiáng)度 C、φ之間的關(guān)系。其缺點是計算時步需要很小，阻尼系數(shù)難以確定等。該方法利用中心差分法解析動態(tài)松弛求解，為一種顯式解法，不需要求解大型矩陣，計算比較簡便，其基本特征在于允許各個離散塊體發(fā)生平動、轉(zhuǎn)動、甚至 分離，彌補(bǔ)了有限元法或邊界元法的介質(zhì)連續(xù)和小變形的限制。 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 10 在實際巖土工程 的數(shù)值模擬中，有限元法之所以占主導(dǎo)地位，是因為有限元法對非均質(zhì)、各向異性和非線性的巖土材料具有良好的適應(yīng)性，能編制各類工程實際問題的有限元分析通用化程序，可以解決各種復(fù)雜的邊界問題。該方法安全系數(shù)的定義與傳統(tǒng)方法相同，即為滑移面上的總抗剪強(qiáng)度（算術(shù)和）與總剪力的比值。很多程序可以完成此類分析。 ⑵ 首先采用傳統(tǒng)的極限平衡法，找出最小安全系數(shù)的滑移面，或者已知滑移面，然后進(jìn)行有限元分析，將滑移面位置設(shè)置薄層單元或接觸單元，不斷降低 薄層單元的力學(xué)參數(shù)，直至邊坡失去平衡，邊坡的安全系數(shù)就是強(qiáng)度指標(biāo)（摩爾庫侖模型的凝聚力 C和摩擦系數(shù) tanφ ）降低的倍數(shù)。 采用有限元方法分析邊坡的大概有以下幾種 情況 ： ⑴ 按照彈塑性理論，對邊坡進(jìn)行有限元分析，得出邊坡完整的應(yīng)力應(yīng)變變形成果，可以預(yù)測邊坡區(qū)域由彈性變?yōu)樗苄缘耐暾?化 過程，為邊坡的治理、施工方法提供依據(jù)。把一個可能的圓弧滑動面分成若干小弧段△ Li，小弧段△ Li上的應(yīng)力用弧段中點的應(yīng)力代表，其值可以按有限元法應(yīng)力分析的結(jié)果，根據(jù)弧段中點所在的單元的應(yīng)力確定，表示為σ xi σ ziσ xzi ； ⑶ 求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。 有限元法的基本思路：把土坡當(dāng)成變形體，按照土的變 形特性，計算出土坡內(nèi)的應(yīng)力分布，然后再引入圓弧滑動面的概念，驗算滑動土體的整體抗滑穩(wěn)定性。 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 9 邊坡穩(wěn)定性的有限元分析 ]5[ ]6[ 有限元法是根據(jù)變分原理或加權(quán)余量法，通過分區(qū)插值離散化處理，將待解域內(nèi)的連續(xù)場函數(shù)轉(zhuǎn)化為求解有限個離散點處的場函數(shù)的一種數(shù)值方法。對預(yù)先可知滑動面或滑動方向的巖體，可直接利用有限元分析結(jié)果進(jìn)行穩(wěn)定性復(fù)核。基于有限元法的穩(wěn)定性分析可充分考慮巖體結(jié)構(gòu)面間的相互作用和材料的非均質(zhì)、各向異性和非線性等，能較好的反映巖體失穩(wěn)的機(jī)理。其中，有限元法是邊坡穩(wěn)定性評價分析中被廣泛采用的一種。有限元法具有節(jié)點配置方式 比較任意、對于具有復(fù)雜形狀的分析域可以使邊界節(jié)點完全落在區(qū)域邊界上、對變系數(shù)或非線性問題的適應(yīng)性較強(qiáng)等特點。內(nèi)在因素對邊坡的穩(wěn)定性起控制作用，外部因素起誘發(fā)破壞作用。 影響邊坡穩(wěn)定性的因素主要有內(nèi)在因素和外部因素兩方面，內(nèi)在因素包括組成邊坡的地貌特征、巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)、巖體初始應(yīng)力等。不同的巖層組成的邊坡，其變形破壞也有所不同，在黃土地區(qū)，邊坡的變形破壞形式以滑坡為主；在花崗巖、厚層石灰?guī)r、沙巖地區(qū)則以崩塌為主；在片巖、板巖、千枚巖地區(qū)則往往產(chǎn)生表層撓曲和傾倒等蠕動變形。巖滑是指一部分巖體沿著巖體較深處某種面的滑動。 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 8 小結(jié) 巖土邊坡的 破壞類型從形態(tài)上來看可分為巖崩和巖滑兩種。結(jié)構(gòu)疏松的飽和砂土受震液化或敏感粘土受震變形，也可導(dǎo)致上覆土體產(chǎn)生滑坡。它不僅可引發(fā)裂縫中的空隙水壓力 (尤其是在暴雨期 )激增而導(dǎo)致破壞，也可因晃動造成巖層根部巖體破碎而失穩(wěn)。在強(qiáng)震區(qū)，地震觸發(fā) 的崩塌、滑坡往往與斷裂活動相聯(lián)系。總位移量的大小不僅與震動強(qiáng)度有關(guān)，也與經(jīng)歷的震動次數(shù)有關(guān)，頻繁的小震對斜坡的累進(jìn)性破壞起著十分重要的作用，其累積效果使影響范圍內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)松動，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度降低。在一般邊坡穩(wěn)定性計算中，將地震附加力考慮為水平指向坡外的力。 地震作用 地震 對邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為累積和觸發(fā) (誘發(fā) )等兩方面效應(yīng)。在邊坡穩(wěn)定的實際計算中，由于滲流方向不是定值，且水力梯度不易精確確定，一般則作簡化假定，以采用不同的滑體塊體密度將動水壓力的影響計入。對處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，依靠坡腳巖體重 量保持暫時穩(wěn)定的邊坡，坡腳被水淹沒后，浮托力對邊坡穩(wěn)定的影響就更加顯著。 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 7 ⑵ 浮托力 處于水下的透水邊坡，承受浮托力的作用，使坡體的有效重量減輕，這對邊坡的穩(wěn)定不利。 出口節(jié)理張開，地下水位低，裂隙水壓力??；出口節(jié)理閉合，透水性差，則地下水位高，裂隙水壓力大。在相鄰裂隙的地下水位不同時，地下水位高的裂隙較地下水位低的裂隙承受較大的靜水壓力，這種靜水壓力的 差別，有時是使邊坡失穩(wěn)的原因之一。 ② 邊坡裂隙靜水壓力：有張裂隙發(fā)育的巖石邊坡以及長期干旱的裂隙粘土邊坡，如果因降雨或地下水活動使裂隙充水，則裂隙面將承受靜水壓力。 ⑴ 靜水壓力 作用于邊坡的靜水壓力主要包括兩種情況：其一是當(dāng)邊 坡被水庫淹沒時，庫水對邊坡面所產(chǎn)生的靜水壓力；其二是當(dāng)裂隙巖石邊坡的張裂隙充水時，裂隙中的水壓力。水對邊坡巖體還產(chǎn)生軟化或泥化作用，使巖土體的抗剪強(qiáng)度大為降低；地表水的沖刷，地下水的溶蝕和潛蝕也直接對邊坡產(chǎn)生破壞作用。 匯 水域及地表、地下水文 地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。 不同的巖層組成的邊坡，其變形破壞也有所不同，在黃土地區(qū)，邊坡的變形破壞形式以滑坡為主；在花崗巖、厚層石灰?guī)r、沙巖地區(qū)則以崩塌為主；在片巖、板巖、千枚巖地區(qū)則往往產(chǎn)生表層撓曲和傾倒等蠕動變形。黃土邊坡在干旱時，可以直立陡峻，但一經(jīng)水浸土的強(qiáng)度大減，變形急劇，滑動速度快，規(guī)模和動能巨大，破壞力強(qiáng)且有崩塌性。堅硬完整的塊狀或厚某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 6 層狀巖石如花崗巖、石灰?guī)r、礫巖等可以 形成數(shù)百米的陡坡，如長江三峽峽谷。反向傾斜層狀結(jié)構(gòu)的邊坡通常較穩(wěn)定，但垂直層面或片理面的走向節(jié)理發(fā)育且順山坡傾斜，則亦易產(chǎn)生切層滑坡。 的邊坡，則根據(jù)層面的抗剪強(qiáng)度等因素而定。 的邊坡，通常是不穩(wěn)定的；傾角在 15176。 ～ 15176。結(jié)構(gòu)面或巖層傾角愈陡，穩(wěn)定性愈差 。巖層或結(jié)構(gòu)的產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定也有很大影響，水平巖層的邊坡穩(wěn)定性較好，但存在陡傾的節(jié)理裂隙，則易形成崩塌和剝落。 2 邊坡穩(wěn)定性的影響因素 地質(zhì)構(gòu)造 在區(qū)域構(gòu)造比較復(fù)雜，褶皺比較強(qiáng)烈，新構(gòu)造運(yùn)動比較活動的地區(qū)，邊坡穩(wěn)定性差。 本文首先介紹了邊坡穩(wěn)定性分析方法的發(fā)展現(xiàn)狀和目前各種邊坡加固措施，以及分析了影響邊坡穩(wěn)定的各種因素，對目前邊坡工程中常用的各種穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，闡述了它們各自的主要原理、特點和適用范圍，著重探討了目前工程上最為常用的條分法。 本文的主要內(nèi)容 隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，在水電、露天采礦、能源及高速鐵路和高速公路等地質(zhì)工程活動領(lǐng)域出現(xiàn)了越來越多 的各類邊坡穩(wěn)定性問題，而這些問題又往往成為制約工程是否經(jīng)濟(jì)合理乃至成敗的重要因素。它是一種邊坡的深層加固處治技術(shù)，能解決邊坡的深層加固及穩(wěn)定性問題，達(dá)到根治邊坡的目的，因而是一種極具廣泛應(yīng)用前景的高邊坡處治技術(shù)。近年來，隨著高速公路 建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，以及大型重點工程項目的日益增多，邊坡治理總是越來越突出。根據(jù)墻背傾斜情況，重力式擋墻可分為俯斜式擋墻、仰斜式擋墻、直立式擋墻和衡重式擋墻及其他形式擋墻。樁錨結(jié)構(gòu)屬柔性擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)除自立 (懸臂 )式外，常與錨拉或支撐桿件相結(jié)合，以維持在側(cè)壓力作用下的自行穩(wěn)定。噴錨支護(hù)是一種“剛”、“柔”適度的薄層支護(hù)，既有抑制邊坡巖面有害變形的一面，又有適應(yīng)邊坡變形的一面，噴錨支護(hù)所用材料有水泥、砂、石，配制噴射混凝土的速 凝劑、填加劑和減水劑以及錨桿錨索和相應(yīng)的各種錨夾具。 為使邊坡確保穩(wěn)定，發(fā)揮邊坡的自承能力，采取的封閉巖石裂縫防止?jié)B水及巖壁風(fēng)化進(jìn)行的護(hù)面防護(hù)、錨桿 (索 )加固措施稱為邊坡防護(hù)中的加固措施。 鑒于邊坡加固技術(shù)的現(xiàn) 狀及國內(nèi)大規(guī)模工程建設(shè)的需求 ,目前 邊坡加固的新技術(shù) 有 纖維束導(dǎo)滲排水孔、預(yù)應(yīng)力錨梁、層狀網(wǎng)式鋼筋石籠擋墻和預(yù)應(yīng)力抗滑樁 。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的內(nèi)部加固措施在土方工程中得到了應(yīng)用，內(nèi)部加固依賴于施加在土體內(nèi)的加筋構(gòu)件，如錨桿、錨索、土工布等，這些構(gòu)件通常應(yīng)插入潛在滑裂面以后的穩(wěn)定土體中。 O’ Rourke和 Jones（ 1990年）將土體的加固體系分為 外部加固和內(nèi)部加固兩大類，某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 4 同時提出外部加固和內(nèi)部加固兩種類型的典型例子。 其中 采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固，具有不破壞巖體，施工靈活，速度快，干擾小，受力可靠，且為主動受力等優(yōu)點，加上坡面巖體抗壓強(qiáng)度高 。邊坡加固的基本原則是減少邊坡土體的下滑力、提高其抗滑力，其措施按功能分為兩類，一類是以減小或消除影響邊坡穩(wěn)定條件的各種不利因素為主的措施，另一類是提高邊坡性能為主的主要措施。在把現(xiàn)場勘察、工程部位分區(qū)、局部破壞模式認(rèn)識、評價方法選取同等重視的情況下，充分開發(fā) 、挖掘和利用已被驗證了的邊坡的成功經(jīng)驗對穩(wěn)定性分析有著重要的實際意義。但是，自然邊坡是由漫長的地質(zhì)作用造成的，是一個受多因素影響、隨時空變異的復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)，所以對邊坡穩(wěn)定性的分析和評價，單純強(qiáng)調(diào)定性分析或定量評價都是難于真正解決問題的。 由于邊坡的穩(wěn)定性對于人類工程的安全可靠起著至關(guān)重要的意義，所以對邊坡穩(wěn)定性分析的過程就是 對人類工程安全性評價的過程。邊坡系統(tǒng)的失穩(wěn)是一個不可逆的熱力學(xué)過程，從熱力學(xué)角度研究邊坡系統(tǒng)失穩(wěn)應(yīng)具有十分重要意義 ；五、 采用反分析法來研究邊坡系統(tǒng)的失穩(wěn)也是發(fā)展的一大趨勢。 邊坡穩(wěn)定性 分析 方法的發(fā)展趨勢 ：一、 隨著數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，不同數(shù)值方法的相互耦合成為一大發(fā)展趨勢。 近幾年來國內(nèi)外在邊坡穩(wěn)定性分析方法研究方面取得了很多新的進(jìn)展，其主要表現(xiàn)為 : 確定性分析方法的發(fā)展、隨機(jī)分析方法的蓬勃發(fā)展、計算機(jī)模擬技術(shù)在邊坡中的應(yīng)用等。主要進(jìn)步包括：滿足所有平衡條件的完備的通用條分法的誕生，不同工作條件下強(qiáng)度指標(biāo)、孔隙水壓力等方面有效確定方法的建立，基于塑性力學(xué)能量法和上限定理的2D數(shù)值分析方法出現(xiàn)， 3D力學(xué)模型的成熟，以及由確定性分析向概率分析框架的過渡完成。其中瑞典條分法的基本原理是將滑動土體分成若干豎直土條，求各土條對滑動圓心的抗滑力矩和滑動力矩，各取其總和，計算安全系數(shù)；畢肖普法的基本原理是假定滑動面