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)定性分析的核心問題是邊坡安全系數(shù)的計算。邊坡穩(wěn)定性分析的方法較多，極限平衡分析計算方法簡便，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)今解決工程問題的基本方法?，F(xiàn)行眾多任意滑面邊坡穩(wěn)定性計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、。各種方法都是通過力平衡和力矩平衡或二者都平衡來建立邊坡安全系數(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計算原理和計

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)展起來的一種折線性滑動面及傾斜（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理想的平面或圓弧而滑動，才可以作為一個完整的剛體運(yùn)動，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滑動的塊體后才可能發(fā)生滑動。Sarma在1979年推導(dǎo)出計算公式，后來，Hoek對Sarma法進(jìn)行了改進(jìn)、完善和發(fā)展。改進(jìn)后的方法可允許對各個條塊的邊和基底采

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。該分析法可對各個條塊體引入外力，并能自動反映邊坡任何部分浸水時引起的各種效應(yīng)。典型的滑動條塊體的幾何形狀為如圖1所示的四邊形單元，計算中以角點(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＋！來表示。用封閉解表示臨界水平加速度Kc，以簡化對

5、滑動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)面長度；li——分塊滑面的長度；αi——滑面水平面夾角；δi、δi1——分塊側(cè)面與垂直方向的夾角。對于臨界加速度Kc不等于零的邊坡，可同時減少所有滑動面上的抗剪強(qiáng)度，直到（61）式得出的加速度Kc減小為零，即可計算出靜力安全系數(shù)。6.2.2計算方案極限平衡分析的目的是對數(shù)值模擬計算推薦的方案進(jìn)行比較、補(bǔ)充和驗證。因

6、此，極限平衡分析的計算方案為如下六個：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。計算時，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，