某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)論文</b></p><p>　　某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理</p><p>　　The some reservoir side slope Stability analysis and Reinforce </p><p><b>　　to manage</b></p&g

2、t;<p>　　指導教師： </p><p>　　學 院： </p><p>　　專 業(yè)： 年級： </p><p>　　論文提交日期： 答辯日期： </p><

3、p>　　某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　邊坡穩(wěn)定性問題一直是巖土邊坡一個重要研究內(nèi)容。它涉及水電工程、鐵道工程、公路工程、礦山工程等諸多工程領(lǐng)域，能否正確評價其穩(wěn)定性直接關(guān)系到建設(shè)的資金投入和人民的生命財產(chǎn)安全。因此，如何設(shè)計經(jīng)濟、安全可靠的邊坡工程和分析評價天然邊坡的穩(wěn)定性，其重要意義顯得越發(fā)突

4、出。邊坡穩(wěn)定性分析與加固方法很多，不同的方法又各具特點，有一定的適用條件。如何根據(jù)具體的邊坡工程地質(zhì)條件及分析目的與精度要求，合理有效地選用與之相適應的邊坡穩(wěn)定性分析與加固方法，是一項很重要的工作。從邊坡工程研究發(fā)展歷程可見，邊坡穩(wěn)定性研究發(fā)展的過程，同時又是一個邊坡穩(wěn)定性分析與加固方法不斷發(fā)展的過程。</p><p>　　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)定性

5、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。最后結(jié)合某水庫邊坡工程，對其進行穩(wěn)定性分析及加固方案設(shè)計，總結(jié)邊坡防護與加固的基本原則、基本思路以及常用的邊坡防護加固方法，并進行了綜合比較。</p><p>　　關(guān)鍵詞：邊坡；穩(wěn)定性分析；防護加固</p><p>　　The some re

6、servoir side slope Stability analysis and Reinforce </p><p><b>　　to manage</b></p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The slope stability problem has been the roc

7、k soil slope an importance research contents.It involves electrician's distance of water, the railroad engineering, the highway engineering, the mineral mountain engineering waits many engineering realms, can be righ

8、t to evaluate its stability to relate to the funds devotion of the construction and the life property safety of the peoples directly.Therefore, how design the stability that the economy, the safe and dependable slope eng

9、ineering and analysi</p><p>　　This text introduces the development present condition of the slope stability analysis method to reinforce the measure with various slope currently first, and analyzed stable va

10、rious factor of the influence slope , to currently the slope engineering in various in common use stability analyzes the summary that the method carried on the system, elaborating them each from of main principle, charac

11、teristics and apply the scope, emphasize to inquiry into the engineering to ascend the most in common u</p><p>　　Key words：slope；stability analysis；protecting and reinforcement</p><p><b>　

12、　目 錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1 課題設(shè)計的意義1</p><p>　　1.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 邊坡加固措施綜述3</p><p>　　1.4 本文的主要內(nèi)容5</

13、p><p>　　2 邊坡穩(wěn)定性的影響因素5</p><p>　　2.1 地質(zhì)構(gòu)造5</p><p>　　2.2 地層巖性5</p><p>　　2.3 匯水域及地表、地下水文6</p><p>　　2.4 地震作用7</p><p><b>　　2.5 小結(jié)8</b>

14、;</p><p>　　3 邊坡穩(wěn)定性的計算分析方法8</p><p>　　3.1 邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值計算分析8</p><p>　　3.1.1 邊坡穩(wěn)定性的有限元分析9</p><p>　　3.1.2 邊坡穩(wěn)定性的離散元分析10</p><p>　　3.2 邊坡穩(wěn)定性的極限平衡分析10</p>

15、<p>　　3.2.1 邊坡滑動穩(wěn)定性的Sarma法11</p><p>　　3.2.2 邊坡滑動穩(wěn)定性的條分法11</p><p><b>　　3.3 小結(jié)12</b></p><p>　　4 邊坡穩(wěn)定性分析程序13</p><p>　　4.1 Stab及Emu邊坡分析軟件的程序說明13</p

16、><p>　　4.1.1 Stab軟件的程序說明13</p><p>　　4.1.2 Emu軟件的程序說明15</p><p>　　4.2 理正巖土邊坡分析軟件程序說明17</p><p>　　4.3 Flac3D軟件有限元分析18</p><p>　　4.4 ANSYS軟件非線性有限單元法分析19</p&

17、gt;<p>　　5 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理20</p><p>　　5.1 工程概況20</p><p>　　5.2 設(shè)計工程地質(zhì)概況20</p><p>　　5.3 軟件在邊坡工程中的穩(wěn)定性分析21</p><p>　　5.3.1 計算成果分析21</p><p>　　5.3.2 穩(wěn)

18、定性分析22</p><p>　　5.4 邊坡的加固治理22</p><p>　　5.4.1 加固方法的比較22</p><p>　　5.4.2 加固措施23</p><p><b>　　5.5 小結(jié)25</b></p><p>　　6 結(jié)論及建議26</p><p

19、><b>　　參考資料27</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　附 錄29</b></p><p>　　某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理</p><p><b>　　1前言</b></p&

20、gt;<p>　　1.1 課題設(shè)計的意義</p><p>　　邊坡穩(wěn)定性問題一直是巖土邊坡一個重要研究內(nèi)容。它涉及水電工程，鐵道工程，公路工程，礦山工程等諸多工程領(lǐng)域，能否正確評價其穩(wěn)定性直接關(guān)系到建設(shè)的資金投入和人民的生命財產(chǎn)安全。因此，如何設(shè)計經(jīng)濟、安全可靠的邊坡工程和分析評價天然邊坡的穩(wěn)定性，其重要意義顯得越發(fā)突出。邊坡穩(wěn)定性分析與加固方法很多，不同的方法又各具特點，有一定的適用條件。如何根據(jù)

21、具體的邊坡工程地質(zhì)條件，具體地分析目的與精度要求，合理有效地選用與之相適應的邊坡穩(wěn)定性分析與加固方法，是一項很重要的工作。從邊坡工程研究發(fā)展歷程可見，邊坡穩(wěn)定性研究發(fā)展的過程，同時又是一個邊坡穩(wěn)定性分析與加固方法不斷發(fā)展的過程。</p><p>　　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)定性的各種因素，對目前邊坡工程中常用的各種穩(wěn)定性分析方法進行了系統(tǒng)的總結(jié)，闡述了

22、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。最后通過具體的邊坡工程地質(zhì)條件，結(jié)合各種邊坡穩(wěn)定性分析與防護加固方法，因地制宜對某水庫邊坡工程進行了綜合分析，采取各種防護加固措施，并對各種防護加固方案進行了經(jīng)濟效益性和適用可靠性評價。說明了要進行巖土邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理應做好調(diào)查巖土邊坡的巖土類別、巖性條件等工程地質(zhì)條件，根據(jù)邊坡的地貌形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等初步判定邊坡的穩(wěn)定性、可能破壞的形式等，用

23、現(xiàn)場實地調(diào)查的結(jié)果對邊坡巖體進行室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗和滑坡的機理進行分析確定計算方法，選取合適而可行的邊坡加固方案等工作。做好邊坡穩(wěn)定性分析和加固治理貫穿于整個邊坡工程，同時它也是邊坡工程的重中之重。</p><p>　　1.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　邊坡穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)理論是建立在土力學和巖石力學之上的，所以土力學和巖石力學的成就與發(fā)展決定了對邊坡研究的完善程

24、度。發(fā)展過程可表述為5個階段，即借助于古典土力學的穩(wěn)定性分析階段、50年代偏重于穩(wěn)定性描述與分析的地質(zhì)歷史分析階段、60年代考慮時效過程的穩(wěn)定性分析階段、80年代后期以數(shù)值模擬、模型試驗為主的半定量分析階段和90年代以后的現(xiàn)代邊坡工程學階段。</p><p>　　目前國內(nèi)外邊坡穩(wěn)定性分析的主要方法有：極限平衡法和數(shù)值模擬法，數(shù)值模擬法主要有有限模擬和離散元模擬，極限平衡法主要有瑞典條分法、BISHOP法、余推力法

25、、JANBU法、SARMA法等。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是以圓心為O，半徑為R 的滑弧，從中任取一土條為分離體，其分離體的周邊作用力為：土條重引起的切向力和法向反力，并分別作用于底面中心處，土條側(cè)面作用法向力和切向力，根據(jù)靜力平衡條件和極限平衡狀態(tài)時各土條力對滑動圓心的力矩之和為零等，可得求土坡穩(wěn)定系數(shù)的普遍公式

26、；SARMA法是Sarma(1979年)提出對滑坡體進行斜分條的極限平衡分析法，該法假定沿條塊側(cè)面也達到了極限平衡，這樣，通過靜力平衡條件即可唯一地確定邊坡的安全系數(shù)或加載系數(shù)。</p><p>　　在邊坡穩(wěn)定極限分析方法方面自瑞典條分法以來，邊坡穩(wěn)定性分析已經(jīng)獲得了長足發(fā)展。主要進步包括：滿足所有平衡條件的完備的通用條分法的誕生，不同工作條件下強度指標、孔隙水壓力等方面有效確定方法的建立，基于塑性力學能量法和上

27、限定理的2D數(shù)值分析方法出現(xiàn)，3D力學模型的成熟，以及由確定性分析向概率分析框架的過渡完成。在邊坡穩(wěn)定極限分析方法的整個發(fā)展過程中，可以說計算機的廣泛應用起了極為關(guān)鍵的作用。</p><p>　　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展，其主要表現(xiàn)為: 確定性分析方法的發(fā)展、隨機分析方法的蓬勃發(fā)展、計算機模擬技術(shù)在邊坡中的應用等。雖然國內(nèi)外在此領(lǐng)域的研究取得了較大的成就，但還需進一步進行邊坡穩(wěn)

28、定性分析實驗研究，完善確定性分析方法特別是復合法，大力發(fā)展邊坡穩(wěn)定性分析的隨機方法和模糊方法。</p><p>　　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。如有限元，離散元與塊體元等的相互耦合，數(shù)值解和解析解的結(jié)合，這些方法的耦合能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，解決更復雜的邊坡問題；二、利用突變理論的觀點研究邊坡系統(tǒng)有廣闊的發(fā)展前景，然而應用單一的突變理論解決復

29、雜的邊坡問題有其一定的局限性，需要將模糊數(shù)學、概率論、灰色系統(tǒng)理論和現(xiàn)代計算機技術(shù)與突變理論相結(jié)合，應用數(shù)值模擬手段模擬復雜系統(tǒng)的動態(tài)演化全過程，這是有待深入研究的課題；三、把邊坡及其所處的環(huán)境看成一個大系統(tǒng)，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合考慮各子系統(tǒng)之間的相互作用與聯(lián)系，采用系統(tǒng)控制論等理論方法對邊坡的失穩(wěn)機理的特性進行研究分析，也是一個大的發(fā)展趨勢；四、邊坡系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，它不斷與周圍環(huán)境進行著物質(zhì)和能量的交換。邊坡系統(tǒng)的失穩(wěn)是一個不

30、可逆的熱力學過程，從熱力學角度研究邊坡系統(tǒng)失穩(wěn)應具有十分重要意義；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。一般研究邊坡系統(tǒng)的失穩(wěn)總是從邊坡受力的角度研究，但如果轉(zhuǎn)化思維，可以從邊坡系統(tǒng)的變形分析出發(fā)，尋求邊坡的變形失穩(wěn)判據(jù)并進行穩(wěn)定性評價；六、</p><p>　　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。因此穩(wěn)定性分析和評

31、價便成了邊坡工程的重要核心內(nèi)容之一。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。由于邊坡工程的穩(wěn)定性分析與設(shè)計具有可變性、不確定性、沒有原型和數(shù)據(jù)有限等特點以及地質(zhì)環(huán)境的復雜性和時空動態(tài)性，所以邊坡穩(wěn)定性分析的主要目的應該是“理解機制”，而并非精確的定量計算。在把現(xiàn)場勘察、工程部位分區(qū)、局部破壞模式認識、評價方法選取

32、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。</p><p>　　1.3 邊坡加固措施綜述</p><p>　　當邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)不能達到要求時，就需要采取工程措施提高安全系數(shù)，以滿足安全運行的需要。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，

33、另一類是提高邊坡性能為主的主要措施。常用的措施有：一、開挖和壓腳: 上部開挖，下部壓腳；二、地面排水: 水溝網(wǎng)；三、地下排水: 排水孔、排水墊層等；四、坡面支護: 干砌石、漿砌石、植被、剛性框格等；五、深層加固: 土錨索(桿)等。其中采用預應力錨索進行邊坡加固，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度高。采用卸荷、坡趾壓載、排水等常用措

34、施，在邊坡穩(wěn)定分析方面，不增加任何新的內(nèi)容，可以按已有的分析方法進行分析和復核，當沒有條件進行上述工程措施或采取了上述措施后，仍不能使安全系數(shù)達到允許數(shù)值時，就需要使用結(jié)構(gòu)性工程措施對邊坡進行加固。</p><p>　　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，同時提出外部加固和內(nèi)部加固兩種類型的典型例子。在20世紀60年代以前，土體的加固主要依賴于外部加固。隨著技術(shù)

35、的進步，越來越多的內(nèi)部加固措施在土方工程中得到了應用，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)件通常應插入潛在滑裂面以后的穩(wěn)定土體中。</p><p>　　用于邊坡加固的技術(shù)多種多樣,而如何因地制宜地利用好這些技術(shù)并非易事，由于對地質(zhì)條件缺乏足夠的認識,或者因加固技術(shù)本身存在某些缺陷,出現(xiàn)了一些失敗的邊坡加固工程實例,并帶來較大經(jīng)濟損失和社會問題。鑒于邊坡加固技術(shù)的現(xiàn)狀及國內(nèi)大規(guī)模工程

36、建設(shè)的需求,目前邊坡加固的新技術(shù)有纖維束導滲排水孔、預應力錨梁、層狀網(wǎng)式鋼筋石籠擋墻和預應力抗滑樁。纖維束導滲排水孔是針對傳統(tǒng)排水孔存在著的泥砂堵孔問題,是根據(jù)水可以沿著纖維與土和細砂之間的界面滲出的思想而設(shè)計的； 預應力錨梁則是為解決預應力錨桿和預應力錨索等所存在問題(例如,對某些情況來說,錨桿或錨索的加固范圍太小、難以根據(jù)地質(zhì)條件的不同而調(diào)整錨固力等)為目標而發(fā)展的；層狀網(wǎng)式鋼筋石籠擋墻不僅能保持傳統(tǒng)石籠擋墻所具有的就地取材、加固經(jīng)

37、費低等優(yōu)點,而且還能解決因籠間連結(jié)力低而導致對邊坡加固效果不理想等問題；預應力抗滑樁是在傳統(tǒng)抗滑樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù),其設(shè)計思路是為了達到增加抗滑能力的目的而利用預應力柱來重點加固滑動面分布段。</p><p>　　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水及巖壁風化進行的護面防護、錨桿(索)加固措施稱為邊坡防護中的加固措施。常用的有混凝土護面、噴混凝土防護、噴錨支護、樁錨結(jié)構(gòu)等，都

38、是屬于柔性支護形式。噴錨支護是一種“剛”、“柔”適度的薄層支護，既有抑制邊坡巖面有害變形的一面，又有適應邊坡變形的一面，噴錨支護所用材料有水泥、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的各種錨夾具。錨拉式、內(nèi)撐式和懸臂式等擋土支護結(jié)構(gòu)，均以擋土支護結(jié)構(gòu)承受其后的側(cè)壓力，以防止土體整體穩(wěn)定性破壞，屬于被動制約機制。樁錨結(jié)構(gòu)屬柔性擋土支護結(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

39、的自行穩(wěn)定。重力式擋土支護結(jié)構(gòu)是以其自身重力來維持在側(cè)壓力作用下的自身穩(wěn)定。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。</p><p>　　邊坡治理是一項技術(shù)復雜、施工困難的災害防治工程。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。在20世紀90年代，壓力注漿加固手段及框架錨固結(jié)構(gòu)越來越多地用于邊坡處治，尤其

40、是用于高邊坡的處治防護工程中。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，達到根治邊坡的目的，因而是一種極具廣泛應用前景的高邊坡處治技術(shù)。可以預見，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，邊坡處治技術(shù)將得到進一步的發(fā)展，并逐步走向完善。</p><p>　　1.4 本文的主要內(nèi)容</p><p>　　隨著經(jīng)濟的日益發(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

41、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)濟合理乃至成敗的重要因素。因此，對這些類型邊坡的穩(wěn)定性研究成了巖土工程界和地質(zhì)工程界關(guān)注的焦點。</p><p>　　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

42、。最后通過具體的邊坡工程地質(zhì)條件，結(jié)合各種邊坡穩(wěn)定性分析與防護加固方法，因地制宜，對該工程的某些邊坡進行了綜合分析，采取各種防護加固措施，并對各種防護加固方案進行了經(jīng)濟效益性和適用可靠性評價。</p><p>　　2 邊坡穩(wěn)定性的影響因素</p><p><b>　　2.1 地質(zhì)構(gòu)造</b></p><p>　　在區(qū)域構(gòu)造比較復雜，褶皺比較強烈

43、，新構(gòu)造運動比較活動的地區(qū)，邊坡穩(wěn)定性差。斷層帶巖石破碎，風化嚴重，又是地下水最豐富和活動的地區(qū)極易發(fā)生滑坡。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。同向緩傾的巖質(zhì)邊坡(結(jié)構(gòu)面傾向和邊坡坡面傾向一致，傾角小于坡角)的穩(wěn)定性比反向傾斜的差，這種情況最易產(chǎn)生順層滑坡。結(jié)構(gòu)面或巖層傾角愈陡，穩(wěn)定性愈差。如巖層傾角小于10°～15°的邊坡，除沿軟弱夾層可能產(chǎn)

44、生塑性流動外，一般是穩(wěn)定的；大于25°的邊坡，通常是不穩(wěn)定的；傾角在15°～25°的邊坡，則根據(jù)層面的抗剪強度等因素而定。同向陡傾層狀結(jié)構(gòu)的邊坡，一般穩(wěn)定性較好，但由薄層或軟硬巖互層的巖石組成，則可能因蠕變而產(chǎn)生撓曲彎折或傾倒。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。</p><p><b>　　2.2 地層巖性&

45、lt;/b></p><p>　　巖性對邊坡的穩(wěn)定及其邊坡的坡高和坡角起重要的控制作用。堅硬完整的塊狀或厚層狀巖石如花崗巖、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。而在淤泥或淤泥質(zhì)軟土地段，由于淤泥的塑性流動，幾乎難以開挖渠道，邊坡隨挖隨塌，難以成形。黃土邊坡在干旱時，可以直立陡峻，但一經(jīng)水浸土的強度大減，變形急劇，滑動速度快，規(guī)模和動能巨大，破壞力強且有崩塌性。松散地層邊坡的坡度較緩。<

46、/p><p>　　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。在碎屑巖及松散土層地區(qū)，則產(chǎn)生碎屑流或泥石流等。</p><p>　　2.3 匯水域及地表、地下水文</p><p>　　地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。

47、不少滑坡的典型實例都與水的作用有關(guān)或者水是滑坡的觸發(fā)因素，處于水下的透水邊坡將承受水的浮托力的作用，而不透水的邊坡，將承受靜水壓力；充水的張開裂隙將承受裂隙水靜水壓力的作用；地下水的滲流，將對邊坡巖土體產(chǎn)生動水壓力。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。</p><p>　　不同結(jié)構(gòu)類型的邊坡，有其自身特有的水動力模型。</p

48、><p><b>　　⑴ 靜水壓力</b></p><p>　　作用于邊坡的靜水壓力主要包括兩種情況：其一是當邊坡被水庫淹沒時，庫水對邊坡面所產(chǎn)生的靜水壓力；其二是當裂隙巖石邊坡的張裂隙充水時，裂隙中的水壓力。</p><p>　?、?邊坡坡面上的靜水壓力：當邊坡被水淹沒，而邊坡的表部相對不透水時，坡面上將受一定的靜水壓力，靜水壓力的方向與坡面正交

49、。</p><p>　?、?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。</p><p>　　由于裂隙水活動的不規(guī)律性，巖體中的地下水位通常不是圓滑的曲線。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。</p>

50、<p>　　由于地下水出口節(jié)理裂隙敞開情況不同，也影響裂隙水壓力的大小，因而影響邊坡的穩(wěn)定。出口節(jié)理張開，地下水位低，裂隙水壓力?。怀隹诠?jié)理閉合，透水性差，則地下水位高，裂隙水壓力大。如作用在巖塊底部滑面上的靜水壓力，有時可使覆巖塊隆脹(靜水壓力等于上覆巖塊重)，而使邊坡穩(wěn)定嚴重惡化。</p><p><b>　?、?浮托力</b></p><p>　　處于

51、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。不少水庫周圍松散堆積層邊坡，在水庫蓄水時發(fā)生變形，浮托力的影響是原因之一。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。</p><p><b>　?、?動水壓力</b></p><p>　　動水壓力的方向和水流方向平行，在近似計算中

52、，多假定與地下水面或滑面平行，如果動水壓力方向和滑體滑動方向不一致，則應分解為垂直和平行于滑面的兩個分量參與穩(wěn)定計算。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。即在地下水位以下靜水位以上有滲流活動的滑體，計算下滑力時，采用飽和塊體密度；計算抗滑力時，采用浮塊體密度。</p><p><b>　　2.4 地震作用&

53、lt;/b></p><p>　　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。</p><p><b>　?、?累積效應</b></p><p>　　邊坡中由地震引起的附加力S的大小，通常以邊坡變形體的重量W與地震振動系數(shù)k之積表示(S=kW)。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。但實際上應以垂直與

54、水平地震力的合力的最不利方向為計算依據(jù)?？偽灰屏康拇笮〔粌H與震動強度有關(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)面強度降低。</p><p>　?、?觸發(fā)(誘發(fā))效應</p><p>　　觸發(fā)效應可有多種表現(xiàn)形式。在強震區(qū)，地震觸發(fā)的崩塌、滑坡往往與斷裂活動相聯(lián)系。高陡的陡傾層狀邊坡，震動可促進陡傾結(jié)構(gòu)面(裂縫)的擴

55、展，并引起陡立巖層的晃動。它不僅可引發(fā)裂縫中的空隙水壓力(尤其是在暴雨期)激增而導致破壞，也可因晃動造成巖層根部巖體破碎而失穩(wěn)。</p><p>　　碎裂狀或碎塊狀邊坡，強烈的震動(包括人工爆破)甚至可使之整體潰散，發(fā)展為滑塌式滑坡。結(jié)構(gòu)疏松的飽和砂土受震液化或敏感粘土受震變形，也可導致上覆土體產(chǎn)生滑坡。海底斜坡失穩(wěn)，不少也與地震造成飽水固結(jié)土體的液化有關(guān)，這也是為什么在十分平緩的海底斜坡中會產(chǎn)生滑坡的重要原因之

56、一。</p><p><b>　　2.5 小結(jié)</b></p><p>　　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。巖崩一般發(fā)生在邊坡過陡的巖坡中，這時大塊的巖體與巖坡分離而向前傾倒，或者坡頂巖體因某種原因脫落而在坡腳下堆積，它經(jīng)常產(chǎn)生于坡頂裂隙發(fā)育的地方。巖滑是指一部分巖體沿著巖體較深處某種面的滑動。巖滑可分為平面滑動、楔形滑動以及旋轉(zhuǎn)滑動。不同的巖層組

57、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。在碎屑巖及松散土層地區(qū)，則產(chǎn)生碎屑流或泥石流等。</p><p>　　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)、巖體初始應力等。外部因素包括水的作用、地震、巖體

58、風化程度、工程荷載條件及人為因素。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。</p><p>　　3 邊坡穩(wěn)定性的計算分析方法</p><p>　　3.1 邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值計算分析</p><p>　　目前最常見的數(shù)值分析方法有:差分法、有限元法、邊界元法及各種耦合方法。有限元法具有節(jié)點配置方式比較任意、對于具有復雜形狀的分析域可以使邊界節(jié)點完全落在

59、區(qū)域邊界上、對變系數(shù)或非線性問題的適應性較強等特點。</p><p>　　當前數(shù)值計算方法在巖土工程中已得到廣泛應用。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。特別是隨著計算機技術(shù)、固體力學非線性理論與求解技術(shù)的不斷發(fā)展，采用有限元法可迅速有效地求解巖體結(jié)構(gòu)面的應力、變形，并可根據(jù)相應屈服準則確定巖體的破壞區(qū)域?；谟邢拊ǖ姆€(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

60、，能較好的反映巖體失穩(wěn)的機理。并可根據(jù)不同的研究對象做不同的處理，對于難以預知可能滑動面的巖體，可以采用增載法跟蹤計算區(qū)域內(nèi)塑性區(qū)的發(fā)展趨勢，據(jù)此確定可能的滑動面，再進行穩(wěn)定性復核。對預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)果進行穩(wěn)定性復核。</p><p>　　數(shù)值分析方法有兩種發(fā)展趨勢：一、是有限元的發(fā)展，從平面有限元到三維有限元，從彈性有限元到彈塑性有限元，使有限元分析結(jié)果更能反映實際邊坡；二

61、、是大量新型數(shù)值計算方法的應用，如邊界元法、離散元法、拉格朗日元法等，這些數(shù)值方法的應用必將促進地下工程和巖溶地基穩(wěn)定性分析研究的發(fā)展。</p><p>　　3.1.1 邊坡穩(wěn)定性的有限元分析</p><p>　　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。在應用有限元法對巖體進行穩(wěn)定性評價時，可以對不同

62、的單元根據(jù)具體情況指定不同的力學性質(zhì)，可以對節(jié)理裂隙等軟弱夾層設(shè)置適當?shù)娜趺鎲卧?，可以方便地處理層狀巖體，還可以方便地處理各種不規(guī)則幾何形狀的邊界條件，因此是一種較為理想的分析巖體穩(wěn)定性的方法。</p><p>　　有限元法的基本思路：把土坡當成變形體，按照土的變形特性，計算出土坡內(nèi)的應力分布，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。</p><p>　　有限元法的應用步

63、驟：</p><p>　?、?將土坡劃分成許多單元體，用有限元法可以計算出每個單元的應力、應變和每個結(jié)點的結(jié)點力和位移；</p><p>　?、?土坡的應力計算出來以后，再引入圓弧滑動面的概念。把一個可能的圓弧滑動面分成若干小弧段△Li，小弧段△Li上的應力用弧段中點的應力代表，其值可以按有限元法應力分析的結(jié)果，根據(jù)弧段中點所在的單元的應力確定，表示為σxi σziσxzi ； </

64、p><p>　?、?求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。將滑動面上所有小弧段的剪應力和抗剪強度分別求出后，累加求沿著滑動面的總的剪切力Στi△li 和抗剪力Στfi，根據(jù)總的剪切力Στi△li 和抗剪力Στfi求出邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。</p><p>　　采用有限元方法分析邊坡的大概有以下幾種情況： </p><p>　　⑴ 按照彈塑性理論，對邊坡進行有限元分析，得出邊坡完整的應力應變變

65、形成果，可以預測邊坡區(qū)域由彈性變?yōu)樗苄缘耐暾莼^程，為邊坡的治理、施工方法提供依據(jù)。現(xiàn)在很多程序可以進行此類分析。 </p><p>　?、?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參數(shù)，直至邊坡失去平衡，邊坡的安全系數(shù)就是強度指標（摩爾庫侖模型的凝聚力C和摩擦系數(shù)tanφ）降低的倍數(shù)。該方法需要預先定義滑

66、移面位置，不能找出其他潛在滑移面，對已知滑移面的情況很適用，對一般邊坡并不適用。很多程序可以完成此類分析。 </p><p>　?、?采用第一種方法分析后，然后按照傳統(tǒng)的極限平衡法，搜索滑移面，找出最小安全系數(shù)。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度（算術(shù)和）與總剪力的比值。這一方法源于傳統(tǒng)方法，該方法滑移面是人為規(guī)定的，有可能找不出其他潛在滑移面。 </p><p>

67、;　　在實際巖土工程的數(shù)值模擬中，有限元法之所以占主導地位，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，可以解決各種復雜的邊界問題。</p><p>　　3.1.2 邊坡穩(wěn)定性的離散元分析</p><p>　　離散元法（DEM）是由Cundall（1971年）首先提出的。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

68、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，彌補了有限元法或邊界元法的介質(zhì)連續(xù)和小變形的限制。因此，該方法特別適合塊裂介質(zhì)的大變形及破壞問題的分析。其缺點是計算時步需要很小，阻尼系數(shù)難以確定等。</p><p>　　基于非連續(xù)介質(zhì)模型的離散元方法在描述巖體這樣的具有明顯各向異性且力場受控于節(jié)理走向的介質(zhì)時具有獨特的優(yōu)勢。其首先建立了邊坡問題的離散元模型，單元間采用

69、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及剪切強度C、φ之間的關(guān)系。該方法可以直觀地反映巖體變化的應力場、位移場及速度場等各個參量的變化，可以模擬邊坡失穩(wěn)的全過程。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意義。</p><p>　　3.2 邊坡穩(wěn)定性的極限平衡分析</p><p>　　以極限平衡理論為基礎(chǔ)的邊坡穩(wěn)

70、定分析方法大體上經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段。20世紀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、力學平衡條件以及物理力學參數(shù)等方面，引入了較多的簡化條件。20世紀60年代以來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，發(fā)展了Morgenstern-Price法（1965年）、Spencer法（1967年）、Janbu法（1973年）、Sarma法（1979年）等等方法，力圖使滑面的形狀以及力和力矩的分析更接近實際。但各種方法都是以剖面為對

71、象的平面分析法。</p><p>　　極限平衡法在工程中應用最為廣泛，這個方法以摩爾—庫侖抗剪強度理論為基礎(chǔ)，將滑坡體劃分為若干條塊，建立作用在這些條塊上的力的平衡方程式，求解安全系數(shù)。這個方法，沒有象傳統(tǒng)的彈、塑性力學那樣引入應力－應變關(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。根據(jù)邊坡破壞的邊界條件，應用力學分析的方法，對可能發(fā)生

72、的滑動面，在各種荷載作用下進行理論計算和抗滑強度的力學分析。通過反復計算和分析比較，對可能的滑動面給出穩(wěn)定性系數(shù)。該方法的關(guān)鍵在于對滑體的范圍和滑面的形態(tài)進行分析，正確地選用滑面計算參數(shù)，正確地分析滑體的各種荷載?；谠撛淼姆椒ê芏?，如條分法、圓弧法、Bishop法、Janbu法、不平衡傳遞系數(shù)法等。</p><p>　　3.2.1 邊坡滑動穩(wěn)定性的Sarma法</p><p>　　Sa

73、rma是一種邊坡滑動穩(wěn)定性分析方法.該方法是Sarma博士1979年在其論文“Stability analysis of embankments and slopes”中提出的，其后得到廣泛應用。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。因此它不但要求底滑面上作用力平衡，同時相鄰滑塊

74、之間的相對滑動面上也要作用力平衡。</p><p>　　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雜剖面巖土斜坡，且它無需條塊邊界垂

75、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。 </p><p>　　3.2.2 邊坡滑動穩(wěn)定性的條分法</p><p>　　邊坡分析中首先應對自然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定程度進行分析，確定大致滑動面位置、滑動趨勢大小，即評價邊坡的滑動安全系數(shù)，這部分工作

76、可采用條分法，條分法的基本出發(fā)點是把土條作為剛體，按照極限平衡原則對假想滑動面上土條進行力和力矩平衡分析，得到該滑裂面的安全系數(shù)，并經(jīng)反復比選確定出最小安全系數(shù)和失穩(wěn)滑裂面。 對于ψ≠0的土坡，為了得到滑面上的抗剪強度，由摩爾—庫侖強度理論知道，需要計算滑面上各點的法向應力σn。剛體極限平衡分析的條分法計算思路是：假定滑坡體和滑面以下土體均為不變形的剛體，滑面為不連續(xù)面。滑面上各點的法向應力采用條分法獲得。假設(shè)每個土條的法向力為

77、均勻分布，則有σni=Ni/Li。</p><p>　　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：</p><p>　?、?重力Wi。Wi=γibihi，γi、bi、hi分別為土條i的重度、寬度和高度，為已知量；</p><p>　?、?土條底面上的法向反力Ni和切向反力Ti。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。n個土條有2

78、n個未知數(shù)，設(shè)滑動穩(wěn)定安全系數(shù)為Fs時，按摩爾—庫侖理論Ni和Ti有如下關(guān)系： </p><p>　　Ti=（cili+Nitgψi）/Fs （i=1，n） </p><p>　　因此法向反力Ni和切向反力Ti在安全系數(shù)Fs與土體抗剪強度指標確定的條件下線性相關(guān)，n個土條Ti和Ni共產(chǎn)生n個獨立未知量；</p><p>　　⑶ 土條間法向作

79、用力Ei。n個土條間接觸面上的法向力大小、作用點均為未知量。對坡肩土條的右側(cè)面和坡腳土條的左側(cè)面中土條n作用力為0或為已知的外力，因此共有（n-1）×2=2n-2個未知數(shù)；</p><p>　?、?土條間切向作用力Xi。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n-1個，因此共有n-1個未知數(shù)；</p><p>　?、?安全系數(shù)Fs?；娲_定，土體抗剪強度

80、指標已知，外力確定時，滑面上各點的剪應力和抗剪強度即為確定值，按公式Fs=τf/τ或Fs=Mf/M可得滑面上各點的安全系數(shù)。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)。</p><p>　　由以上分析可知，n個土條在靜力平衡條件下共有4n-2個未知數(shù)。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。n個土條共計可列3n個獨立的方程。因此，未知數(shù)個數(shù)

81、比方程數(shù)多n-2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。需要增加方程個數(shù)或減少未知數(shù)個數(shù)，問題才可解。</p><p>　　邊坡穩(wěn)定分析中條分法存在的問題是：條分法把穩(wěn)定問題簡化為靜力學問題，除了滑動面上的應力以外，沒有考慮其它任何地方的應力，沒有建立應力場，沒有考慮材料的應力～應變關(guān)系和材料的流動規(guī)則，所以它只能是一種近似的方法；雖然條分法為手算提供了某些方便，但是在結(jié)合滲流場計算方面卻有其難以克

82、服的困難：首先，條分法不能進行滲流場的反演計算，它必須在已知邊坡滲流場后，再進行邊坡穩(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。而在有限元法的計算中，這些錯誤都可以避免，因為有限元法可以模擬復雜邊界條件和多種土層進行滑坡區(qū)滲流場分析，并以滲透體力的方式計入滲流對滑坡的

83、作用。</p><p><b>　　3.3 小結(jié)</b></p><p>　　目前國內(nèi)外邊坡穩(wěn)定性分析的主要方法有：極限平衡法和數(shù)值模擬法，數(shù)值模擬法主要有有限模擬和離散元模擬，極限平衡法主要有瑞典條分法、BISHOP法、余推力法、JANBU法、SARMA法等。</p><p>　　有限元法來分析土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，可以得到邊坡的變形特性和破壞區(qū)

84、域。不過，邊坡局部塑性區(qū)的出現(xiàn)并不一定就喪失整體穩(wěn)定，例如在計算中邊坡坡腳處出現(xiàn)塑性區(qū)或邊坡頂部產(chǎn)生張拉區(qū)，對于邊坡整體而言可能依然是穩(wěn)定的，因而僅從破壞區(qū)的發(fā)育情況并不能回答邊坡在整體上是否穩(wěn)定的問題。為了克服上述的缺點，根據(jù)有限元計算得到的滲流場，針對實際工程中土質(zhì)邊坡的多種滑動面，可以迅速確定多條滑動面的穩(wěn)定系數(shù)，便于對土質(zhì)邊坡最危險滑面的搜索和整體穩(wěn)定性評價。    研究成果表明，雖然條分法和有限

85、元法計算得到的滑坡穩(wěn)定系數(shù)規(guī)律相同，但條分法的計算結(jié)果一般大于有限元法，在工程上應引起重視。同時，有限元法可以更客觀地反映滲流以及支擋結(jié)構(gòu)與坡體的相互作用，并能揭示坡體的變形特性，這是有限元法獨特的優(yōu)點。</p><p>　　4 邊坡穩(wěn)定性分析程序</p><p>　　4.1 Stab及Emu邊坡分析軟件的程序說明</p><p>　　4.1.1 Stab軟件的程序

86、說明</p><p>　　一、STAB程序開發(fā)過程</p><p>　　STAB程序前后經(jīng)過了二十余年的開發(fā)過程。1976年，作者參加水利電力部第二工程局官廳水庫抗震加固工程時，在北京大學DJS60機上開發(fā)了一個圓弧滑裂面的土石壩邊坡穩(wěn)定分析的程序?，F(xiàn)在的STAB程序仍然保留了這一版本對邊坡幾何形狀處理的主要特點。1979至1981年，作者赴加拿大Alberta大學進修，在Morgenst

87、ern教授的指導下，對邊坡穩(wěn)定分析的MorgensternPrice法作出了改進，并編制了相應的程序。1982至1984年，作者在潘家錚院士主持的“水工建筑物設(shè)計專用程序”項目中，承擔了編制土石壩邊坡穩(wěn)定設(shè)計專用程序的工作。在這一項目中，本程序被正式命名為STAB。1994年水利水電規(guī)劃設(shè)計院在黃山組織專題審查會，并于1984年12月12日以(84)水規(guī)算字第3號文正式批準STAB為水利水電系統(tǒng)土石壩設(shè)計專用程序，在水利水電設(shè)計系統(tǒng)中推

88、廣使用。</p><p>　　1984至1995年，作者在推廣使用STAB程序的過程中，將其改造成微機DOS版，并命名為STAB95。1995年至現(xiàn)在，STAB95逐步獲得推廣，在此過程中，順應微機操作系統(tǒng)從DOS轉(zhuǎn)向WINDOWS的潮流，提出了STAB95的WINDOWS仿真DOS環(huán)境下運行的版本。并根據(jù)新頒布的水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范，修改了7度和9度地震時輸入的地震加速度系數(shù)。2005年，STAB95正式升級

89、為WINDOWS界面交互式的軟件STAB2005，并增加了傳遞系數(shù)法的功能。</p><p><b>　　二、程序的主要功能</b></p><p>　　本程序主要用于土質(zhì)邊坡和土石壩邊坡的穩(wěn)定分析。但是，在巖質(zhì)邊坡，特別是具有軟弱夾層的問題時，本程序也有廣泛的應用價值。</p><p>　　1、邊坡穩(wěn)定分析方法</p><

90、p>　　程序提供邊坡穩(wěn)定分析領(lǐng)域中傳統(tǒng)的各種分析方法的計算功能。</p><p>　?、?簡化方法。包括瑞典法、畢肖普法、陸軍工程師團法、羅厄法等；</p><p>　?、?嚴格法。包括Morgenstern-Price法和Spencer法。</p><p>　　程序具有自動搜索最小安全系數(shù)的功能?？梢詫A弧或任意形狀滑裂面搜索相應最小安全系數(shù)的臨界滑裂面。對

91、任意形狀滑裂面，納入了應用隨機搜索方法求解極值的加強功能。</p><p>　　2、總應力法和有效應力法</p><p>　　根據(jù)土石壩設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，本程序提供有效應力法的計算功能，同時，也對以下三種情況，提供總應力法計算功能。</p><p>　?、?軟弱地基上快速加荷； </p><p><b>　?、?庫水位驟降； <

92、/b></p><p>　　⑶ 地震荷載條件下應用動三軸試驗成果進行壩坡總應力法穩(wěn)定分析。 </p><p><b>　　3、滑裂面形狀</b></p><p>　　程序提供圓弧和任意形狀滑裂面的計算功能。滑裂面頂部可根據(jù)用戶要求設(shè)拉裂縫。可以進行拉裂縫充水或不充水的穩(wěn)定分析。</p><p><b>　

93、　4、強度指標</b></p><p>　　程序提供線性和非線性抗剪強度指標的計算功能。非線性強度指標包括：R-S、Q-S組合包線、鄧肯的雙曲線強度指標和DeMello的指數(shù)強度指標。</p><p><b>　　5、孔隙水壓力</b></p><p>　　程序提供以下三種孔隙水壓力的處理功能：</p><p&g

94、t;　　⑴ 假定等勢線垂直，程序自動根據(jù)浸潤線的高程確定滑面上的孔壓；</p><p>　?、?對一種土層提供一種孔隙水壓力系數(shù)；</p><p>　?、?孔隙水壓力以網(wǎng)格形式輸入，程序通過內(nèi)插找到滑面上的孔壓。</p><p><b>　　6、外荷載</b></p><p>　　程序提供輸入表面荷載和集中荷載的功能。&

95、lt;/p><p><b>　　7、可靠度分析</b></p><p>　　程序可應用一次二階矩，蒙特卡洛和Rosenbleuth法進行可靠度分析，提供邊坡穩(wěn)定的可靠度指標，也可自動搜索相應最小可靠度指標的臨界滑裂面。</p><p><b>　　8、土壓力分析</b></p><p>　　程序提供計算

96、主動土壓力的功能?？梢园匆筝斎雺Α⑼两佑|面的摩擦角和作用點位置。</p><p>　　4.1.2 Emu軟件的程序說明</p><p>　　一、EMU程序開發(fā)過程</p><p>　　近十多年來，許多學者致力于塑性力學的極限分析理論在邊坡穩(wěn)定領(lǐng)域的應用研究，并取得了一些進展。例如，Sokolovski (1954年), Booker（1972年）等人根據(jù)塑性力學理

97、論，創(chuàng)造了滑移線理論，但是他們的這種方法僅局限于邊坡幾何形狀與物理條件十分簡單的情況。Sloan(1988年,1989年)運用有限元方法和線性規(guī)劃方法給出了下限與上限分析方法，但是未見這種方法的實際應用的例子。事實上，由于數(shù)值收斂困難、合理的變形模式難以確定等眾多問題都未能得到很好的解決，這類方法很難在實際中得到運用。</p><p>　　1991年，Giam 和Donald在已有研究工作的基礎(chǔ)上，成功地將塑性力

98、學的上限定理運用到邊坡穩(wěn)定分析領(lǐng)域，即邊坡穩(wěn)定分析的能量法。這種方法將滑動土體劃分為一種多塊體模式，然后基于摩爾－庫侖破壞準則及相關(guān)聯(lián)流動法則，構(gòu)造一個協(xié)調(diào)位移場，并根據(jù)虛功原理，求出邊坡安全系數(shù)的上限。1992年，我國學者陳祖煜在澳大利亞Monash大學任高級研究員期間，與Donald教授合作，對這一方法做出了重要發(fā)展。并且在中國水利水電科學研究院巖基室研究人員的共同努力下，得到了完善和推廣。 </p><p>

99、;　　二、程序的的主要功能</p><p>　　EMU是一個對滑坡體采用傾斜條塊的極限分析上限解的穩(wěn)定分析程序。一般情況下，傾斜側(cè)面上的強度指標取該側(cè)面通過的土層指標的平均值。當滑坡體為連續(xù)介質(zhì)時(如土質(zhì)邊坡)，每個土條界面傾斜角度i將和滑裂面坐標一起通過優(yōu)化計算，確定一個相應最小安全系數(shù)的臨界模式。程序通過優(yōu)化計算獲得臨界滑裂面和相應的傾角。</p><p>　　當滑坡體為巖質(zhì)邊坡時，一

100、般要求條塊側(cè)面的傾角模擬一組陡傾角結(jié)構(gòu)面，傾斜條塊的界面代表了這組陡傾角結(jié)構(gòu)面。通常要求傾斜角度i在優(yōu)化計算過程中保持不變。并要求側(cè)面取這組陡傾角結(jié)構(gòu)面的強度指標。這一功能在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析中屬推薦的常規(guī)方法。</p><p>　　作為一種特殊情況，如果側(cè)面是垂直的，并且要求角度I=0在優(yōu)化計算過程中保持不變。則這一功能可以用來進行陸軍工程師團法和簡化Janbu法的計算。</p><p>

101、　?、?關(guān)于滑裂面的處理</p><p>　　采用多塊體破壞機制，可以模擬折線或曲線滑裂面。對滑裂面形狀的處理方式與STAB程序相同。由于本程序主要用于巖質(zhì)邊坡，故無圓弧滑裂面的功能。</p><p>　　一個任意形狀的滑裂面可以通過連結(jié)一系列點的直線或光滑曲線組成。相鄰兩點之間可以用曲線也可以用直線相連，構(gòu)成一個任意形狀的滑裂面，參見圖4.1。在計算時，程序?qū)⒆詣拥貙蓚€相鄰節(jié)點之間的土

102、(巖)體(或稱塊)細分成若干條。</p><p><b>　?、?強度指標</b></p><p>　　本程序使用摩爾—庫侖破壞準則，并提供Hoek-Brown經(jīng)驗方法確定強度的準則。使用Sarma法和能量法，需要對條塊界面賦以相應的強度指標。對此，EMU提供以下幾種選擇：</p><p>　?、?默認的功能，使用界面通過的各土層指標的平均值。

103、這一功能通常就用于土質(zhì)邊坡。</p><p>　?、?對各個界面按指定的土層編號賦以相應的指標。</p><p>　?、?要求所有的界面都使用同一種指定的土層編號相應的指標。</p><p>　　圖4.1 斜條分法滑動模式</p><p>　　Figure 4.1. Oblique Method of sliding Mode</p&g

104、t;<p><b>　?、?外荷載</b></p><p>　　外荷載包括以下各項：</p><p>　　① 孔隙水壓力?？紫端畨毫Ω鶕?jù)浸潤線的位置按簡化原則確定，假定流場的等勢線鉛直或通過輸入一個孔隙水壓力系數(shù)ru確定。</p><p>　?、?地震荷載。本程序第2005版僅提供一個均勻分布的水平地震加速度邊坡問題的功能。不考慮

105、地震加速度沿垂直方向放大。</p><p>　?、?表面集中和分布荷載。用戶可根據(jù)需要輸入表面集中和分布荷載。</p><p>　　④ 錨索和抗滑樁荷載。包括了一個具有錨索的邊坡穩(wěn)定分析方法。這個方法可以計算邊坡破壞時錨索的內(nèi)能消耗，比較合理地考慮了錨索對增加邊坡穩(wěn)定性的作用。 </p><p><b>　?、?拉裂縫</b></p>

106、;<p>　　當坡頂材料的凝聚力較大，宜設(shè)一個拉裂縫?？墒褂迷O(shè)拉裂縫的分析功能。此時滑裂面上最后一個控制點不與邊坡表面相交（EMU通常的作法是自動找到滑面與坡頂?shù)慕稽c，然后滑裂面上最后一個控制點自動調(diào)整到該交點的位置）。為了保證在優(yōu)化計算中，拉裂縫的高度不變，最后一個控制點的移動方向宜設(shè)為與坡面大致平行。拉裂縫內(nèi)可以充滿水。</p><p><b>　?、?傾倒穩(wěn)定分析</b>

107、</p><p>　　本程序提供改進的Goodman-Bray法的計算功能。</p><p>　　4.2 理正巖土邊坡分析軟件程序說明</p><p>　　理正邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)最初是針對鐵路、公路路基設(shè)計而開發(fā)的專業(yè)設(shè)計軟件，經(jīng)半年多的推廣應用已經(jīng)得到行業(yè)內(nèi)的認可，并于99年12月通過了鐵道部的鑒定，證明是高效的計算機輔助設(shè)計軟件。該軟件同時引起其他行業(yè)，尤其是水利