極限平衡分析方法

1、6－1第六章第六章邊坡穩(wěn)定性的極限平衡分析邊坡穩(wěn)定性的極限平衡分析6.1概述邊坡穩(wěn)定性分析的核心問(wèn)題是邊坡安全系數(shù)的計(jì)算。邊坡穩(wěn)定性分析的方法較多，極限平衡分析計(jì)算方法簡(jiǎn)便，且能定量地給出邊坡安全系數(shù)的大小，方法本身已臻成熟，廣為工程界接受，仍然是當(dāng)今解決工程問(wèn)題的基本方法?，F(xiàn)行眾多任意滑面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法均建立在條分極限平衡法基礎(chǔ)上。其主要原理是將滑體劃分為若干條塊，條塊看作是剛性的，滑面認(rèn)為達(dá)到極限平衡狀態(tài)且抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮狀態(tài)一致

2、。各種方法都是通過(guò)力平衡和力矩平衡或二者都平衡來(lái)建立邊坡安全系數(shù)表達(dá)式，具體表達(dá)式為：矩）驅(qū)使滑塌的致滑力（或矩）能夠提供的抗滑力（或安全系數(shù)?sFFs為1時(shí)出現(xiàn)臨界或極限狀態(tài)。極限平衡分析方法主要有：Bishop法、Janbu法、Sarma法、余推力法等。各種方法都是基于一定的假定條件。采用何種方法主要看其假定條件是否與待研究邊坡的實(shí)際情況相吻合。本文結(jié)合大頂鐵礦邊坡實(shí)際情況，采用Sarma法分析了邊坡工程的穩(wěn)定性。6.2計(jì)算原理和計(jì)

3、算方案6.2.1Sarma法基本原理Sarma法是70年代初由Sarma本人發(fā)展起來(lái)的一種折線性滑動(dòng)面及傾斜（任意角度）分條的極限分析方法。其基本思想是：邊坡巖體除非是沿一個(gè)理想的平面或圓弧而滑動(dòng)，才可以作為一個(gè)完整的剛體運(yùn)動(dòng)，否則，只有滑體內(nèi)部先發(fā)生剪切，即巖體先破裂成多塊可相對(duì)滑動(dòng)的塊體后才可能發(fā)生滑動(dòng)。Sarma在1979年推導(dǎo)出計(jì)算公式，后來(lái)，Hoek對(duì)Sarma法進(jìn)行了改進(jìn)、完善和發(fā)展。改進(jìn)后的方法可允許對(duì)各個(gè)條塊的邊和基底采

4、取不同的抗剪強(qiáng)度。條塊體各邊的傾角可自由改變，使其可同時(shí)反映諸如斷層和層面等特定的結(jié)構(gòu)特征。該分析法可對(duì)各個(gè)條塊體引入外力，并能自動(dòng)反映邊坡任何部分浸水時(shí)引起的各種效應(yīng)。典型的滑動(dòng)條塊體的幾何形狀為如圖1所示的四邊形單元，計(jì)算中以角點(diǎn)坐標(biāo)XTi，YTi，XBi，YBi，XTi1，YTi1，XBi1，YBi＋1等描述。地下水位面由其與條塊體各邊交點(diǎn)的坐標(biāo)XWi，YWi，XWi＋1，YWi＋！來(lái)表示。用封閉解表示臨界水平加速度Kc，以簡(jiǎn)化對(duì)

5、滑動(dòng)體所處的極限平衡狀態(tài)的描述。將抗剪強(qiáng)度值6－3φBi——分塊底面的內(nèi)摩擦角；φSi——分塊側(cè)面的內(nèi)摩擦角；di——分塊側(cè)面長(zhǎng)度；li——分塊滑面的長(zhǎng)度；αi——滑面水平面夾角；δi、δi1——分塊側(cè)面與垂直方向的夾角。對(duì)于臨界加速度Kc不等于零的邊坡，可同時(shí)減少所有滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度，直到（61）式得出的加速度Kc減小為零，即可計(jì)算出靜力安全系數(shù)。6.2.2計(jì)算方案極限平衡分析的目的是對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算推薦的方案進(jìn)行比較、補(bǔ)充和驗(yàn)證。因

6、此，極限平衡分析的計(jì)算方案為如下六個(gè)：1）AA′剖面方案1：上部邊坡角46，下部邊坡角48；方案2：上部邊坡角48，下部邊坡角50；2）BB′剖面方案3：上部邊坡角46，下部邊坡角48；3）CC′剖面方案4：上部邊坡角46，下部邊坡角48；4）DD′剖面方案5：上部邊坡角46，下部邊坡角48；方案6：上部邊坡角46，下部邊坡角50。計(jì)算時(shí)，首先參照數(shù)值模擬結(jié)果，用DFP法進(jìn)行邊坡臨界滑面的優(yōu)化，得出在給定邊坡角條件下各剖面的臨界滑移面，