[发明专利]一种分条间作用力倾角非假定的边坡稳定性分析条分法

说明书

本发明公开了一种新的分条间作用力倾角非假定的边坡稳定性分析条分法，分条间作用力倾角非假定，包括以下步骤：根据边坡勘测资料确定边坡稳定性计算参数；将边坡的滑体划分为若干分条；计算分条间作用力的倾角；基于分条满足静力平衡条件，进行迭代计算，得到边坡稳定性系数。本发明可以准确、简便的计算边坡的稳定性系数和分条间的作用力等信息；可应用于土质边坡或岩质边坡的稳定性分析与防治工程设计。

技术领域

本发明涉及边坡稳定性计算方法领域，尤其涉及一种分条间作用力倾角非假定的边坡稳定性分析条分法。

背景技术

目前，边坡的稳定性问题是我国水利水电、公路、铁路和矿产资源开发等建设工程中常见的岩土工程问题。自然滑坡、泥石流以及人类工程活动等引起的边坡灾害对我国经济建设和人民生命财产带来了巨大损失，因此边坡工程在各类工程建设中的地位是十分重要的，正确的评价边坡的稳定性，防患于未然，能确保生产建设与人民财产安全。

边坡稳定分析是岩土工程中一个经典的研究领域。目前在工程中应用最广泛的边坡稳定性分析方法是条分法。条分法由Fellenius于1927年首次提出，经过近一个世纪的发展，这一方法逐步从一种经验性的简化方法发展成为一个具有完整的理论体系的成熟分析法。条分法的基本思想是：先假设了一个边坡的滑裂面，并将边坡滑裂面以上的滑体划分成若干分条，根据静力平衡条件和莫尔-库仑屈服准则(Mohr-Coulomb屈服准则)，假定在准超载或折减材料强度的条件下，使分条在滑动面处都达到极限平衡状态，然后用迭代法求解边坡的稳定性系数K。

采用条分法进行边坡稳定性分析时，首先需要将滑裂面以上的滑体划分成若干分条(如图1所示)，对于被划分成n个分条的滑体，如果取出任意一个分条来分析其受力状态(如图2所示)，可以得出边坡静力分析时总的超静定次数，具体分析如下：

(1)未知量数目为(3n+3n-2+1)：①每一分条底面形心上作用有法向力、抗剪力、弯矩，则n分条共有3n个未知量；②每两个分条间作用有法向力、剪力、弯矩，n分条共有3n-2个未知量；③边坡稳定性系数K，1个未知量。

(2)方程数目为(n+3n)：①底面上的法向力、抗剪力满足摩尔-库仑破坏准则，n个土条可建立n个方程；②对每个分条，可建立3个静力平衡方程，包含水平和竖直方向的力平衡方程，再加1个弯矩平衡方程，n个土条共可建立3n个方程。

(3)在条块划分较窄时，可以假定每一条块底部的弯矩为零，可减少n个未知量。

(4)超静定次数为：(3n+3n-2+1)-(n+3n)-n＝(n-1)。当n≥2时，边坡稳定分析的条分法是超静定的，需要进一步补充附件条件达到静定才能得到边坡的稳定性系数K值。

为了使边坡稳定问题变得静定可解，通常采用以下三种途径来补充(n-1)个方程：①假定法向力的作用点为已知；②假定条间法向力与剪力的比值为已知；③假定边坡滑动面上的法向力为已知。根据对分条底面法向力、分条间力的假定以及分条所满足的静力平衡条件的不同，形成了各种各样的条分法，比如：瑞典法、简化Janbu法、严格Janbu法、Bishop简化法、Lowe-Karafiath(罗厄)法、美国陆军工程师团法、Morgenstern-Price法、Spencer法、垂直条分Sarma法、斜条分Sarma法、传递系数法等。表1列出了常用的各种条分法所引入的假定及满足的平衡条件。根据满足的平衡条件不同，求解的稳定性系数分为半精确解和精确解，半精确解指只满足整体力平衡条件，精确解指同时满足整体力和力矩平衡条件。

表1：各种条分法基本假设对比

由于这些条分法引入了上述的假定，因此在进行边坡稳定性分析时存在以下不足之处：