1、边坡稳定影响因素浅析摘要：介绍了土坡稳定分析中常用的瑞典法、毕肖普法和杨布法安全系数的定义和方法，并结合工程实例讨论土体强度指标、值和地下水位的变化对边坡稳定的影响。 关键词：边坡稳定 敏感性强度指标地下水位 中图分类号：U213.1 文献标识码：A Analysis Influencing Factors of Slope Stability Wang XuguangZhang YangFan Hua （Civil Science and Engineering College of Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu） Abstract: The
2、paper introduces three commonly used methods to calculate safety factor of slope stability, and it combines with engineering examples to discuss the effects of the soil strength index, value ofand the change of underground water level to the slope stability. Keywords: the slope stability, sensitivit
3、y, intensity index，underground water level 随着我国经济建设的快速发展，大规模基础设施以及一些重大项目相继动工兴建。这些工程中一个普遍遇到的问题就是边坡稳定的问题, 这一问题是土木工程和岩土工程中的重要研究课题, 在岩土工程和土木工程领域占据相当重要的地位。本文就土体，值以及地下水位对边坡稳定的影响进行简要分析。 1. 工程概况 中川临江国际小区位于扬州市江都区，该项目开挖的基坑平面呈不规则形状，东西方向长 189.8m，南北方向宽 55.382.8m，基坑总面积 12800，场地地面相对标-1.5m-1.9m，基坑深度高低不等，一般高程为-6.9m。
4、基坑开挖深度一般为 5.0m。距基坑边缘 1m，加一20kPa 的均布荷载，其作用宽度为 3.8m。由于该工程周围无建筑物，故对基坑采用放坡的方法进行处理。由于施工期临近雨季且濒临长江，工程地下水位高，为防止施工期间发生滑坡等不良情况，需要对基坑进行降低地下水位处理，地下水位降至-7.0m。 2. 边坡的分析 2.1 整体圆弧滑动法 大量的工程调查和研究成果表明，粘性土坡滑动面的形状近似于圆柱面。如图 1 为简化起见，稳定分析时，将滑动面假定为圆弧面，与之相应的分析方法称为圆弧滑动法。常见的圆弧滑动面的形式有以下三种：（1）坡脚圆，圆弧滑动面通过坡脚；（2）坡面圆，圆弧滑动面通过坡面；（3）中
5、点圆，滑动圆弧的圆心位于通过该边坡中点的垂线上。常用的整体圆弧滑动法有瑞典圆弧滑动法和稳定因素法等。 图 1 均质粘性土坡整体圆弧滑动 土坡的安全系数为抗滑力矩与滑动力矩的比值，安全系数可表示成：(1) 式中：表示土的抗剪强度，按库仑公式； 表示滑动圆弧的长度； 表示滑动圆弧的半径； 表示滑动土体的重力； 表示对圆心的力臂。 2.2 条分法 条分法就是将滑动土体分成若干竖向土条，并将土条当成刚体，分别求出土条上的作用力，根据作用力对滑动圆心的滑动力矩和抗滑力矩判断土坡的稳定。常用的方法有：瑞典条分法和毕肖普法等。 2.2.1 瑞典条分法 瑞典圆弧法的基本假定： 假定土坡稳定问题是平面应变问题。
6、 假定滑裂面为圆弧形，计算时不考虑土条两侧的作用力。 假定圆弧面上的安全系数值计算时，简单地将条块重量向滑面法向分解来求得法向力。 由于弧面上各点的斜率都不相等，自重等外荷载对弧面的法向和切向作用分力都不能按整体计算，所以采用条分法计算，如图 2 所示。 图 2 瑞典条分法受力分析图示 依据假定用附加外力使土坡达到极限平衡，安全系数的计算公式如下： (2) 2.2.2 毕肖普法 毕肖普(Bishop)条分法假定滑动面为圆弧面，它考虑了土条侧面的作用力，并假定各土条底部滑动面上的抗滑安全系数均相同，即等于滑动面的平均安全系数。 整个滑动土体对圆心求力矩平衡，此时相邻土条之间侧壁作用力的力矩将相互
7、抵消（如图 3） 。 图 3 毕肖普条分法受力分析图示 根据毕肖普法假定可由条分法的力矩平衡方程推导可得毕肖普法安全系数公式为： (3) 毕肖普法计入了分条间推力，多数情况下求得的值比瑞典法大，更接近实际。 2.2.3 简布普遍条分法 简布普遍条分法将最初的圆弧法推广到任意土坡滑动面的情况，通过假设土条间推力的作用点位置，合理解决问题。 简布普遍条分法基本假定: 假定整个滑裂面上的稳定安全系数相同。 假定滑体中各土条间推力的作用点的连线为直线分布，即推力作用线的位置假定已知。 根据简布普遍条分法的假定条件，可由条分法的力矩平衡方程推导得安全系数公式为： (4) 2.2.4 几种方法的简单比较
8、条分法至今已有 70 多年的历史，期间经过许多学者的研究改进，基本出发点都是一样，但计算方法日趋完善。 瑞典圆弧法是条分法中最古老而又简单的方法。此法假定滑裂面是圆弧面，并假定不考虑土条两侧的作用力，因此对每一土条力和力矩的平衡条件是不满足的，只能满足整个滑动土体的整体力矩平衡条件，所以计算结果会产生的误差，使求出的安全系数偏低 10%20%，误差也随滑裂面圆心角和孔隙水压力的增大而增大。用瑞典圆弧法求出的安全系数不比其它方法保守。对于圆弧滑裂面的总应力法可得出基本正确的结果。 毕肖普法对传统的费伦纽斯法做了重要改进。提出安全系数的定义，通过假定土条件间的作用力为水平方向，求出土条底的法向力，
9、通过力矩平衡方程确定安全系数。得到的安全系数比较瑞典条分法的精度要高些，但仅适用于圆弧形滑裂面。 简布法是一种严格的条分法，适用于任意形状的滑裂面。该方法中的推力线位置影响土条侧向力的分布，对安全系数的影响很小；由于考虑到对于任意形状的滑裂面条间力的作用点不同，因此在安全系数求解过程中，需要反复迭代。该法计算过程比较简 单，可用手算或编制简单程序计算；但是实 际计算时存在严重的收敛困难问题。通过对上述方法的比较分析，本工程采用瑞典条分法进行计算。 3.数值分析 3.1 模型参数的选取 有限元软件 ABAQUS 中有多种模型，主要有 Mohr-Coulomb 模型、Drucker-Prager
10、模型、Cam-clay 模型。本文采用了 Mohr-Coulomb 模型，该模型中需要的参数见表 1。 表 1 断面土体数值模拟计算参数 3.2 模型的建立与分析 模型选取断面计算宽度 50m，深度 15m，土体的边坡采用二级放坡，斜率为 1:1.5，地下水位位于基坑底 0.5m 处。距基坑边缘 1m，地面有20kPa 的均布荷载，其作用宽度为 3.8m。二维模型采用四边形单元进行划分，见图 4。 图 4 二维模型的网格划分 基坑的边坡的应力云图见图 5、图 6，位移云图见 7、图 8。 图 5 水平方向应力云图 图 6 竖直方向应力云图 图 7 水平方向位移云图 图 8 竖直方向位移云图 由
11、应力云图与位移云图可知土体坡脚处有较大的应力集中与位移，易在坡脚处产生滑坡失稳破坏。 4. 影响因素比较分析 边坡的稳定受各种因素的影响，如地下水位、地震等外界因素。但上述因素是通过，而影响边坡的稳定，因此讨论，值的变化对边坡稳定对实际工程有重大意义。 4.1 值变化对边坡稳定的影响 由于土层 1、土层 2 厚度较小，在原有的计算基础上，保持其条件不变，土层 3 的值相应变化了、 ，其他条件也不变。利用瑞典条分法计算得到结果如表 2： 表 2 安全系数、圆心角随值的变化 由计算结果分析可得：安全系数随值的增大而相应的增大。 4.2 值变化对边坡稳定的影响 由于土层 1,、土层 2 厚度较小，在
12、原有的计算基础上，保持其条件不变，土层 3 的值相应变化了、 ，其他条件也不变。利用瑞典条分法计算得到结果如表 3 所示： 表 3 安全系数、圆心角随值的变化 由计算结果分析可得：安全系数随值的增大而相应的增大。 4.3 边坡稳定中、值敏感性分析 敏感度系数是指评价指标变化的百分率与不确定因素变化百分率之比。敏感度系数越高，表示对该不确定因素的敏感度越高。敏感度系数的计算公式为 式中：表示指标对于不确定性因素 的敏感度系数； 表示不确定因素的变化率； 表示指标的变化率。 对滑动面进行计算，得到、值敏感性分析结果如表 4、表 5。 表 4 稳定安全系数对于的敏感度系数 表 5 稳定安全系数对于的
13、敏感度系数 由表 4、表 5 分析可得土体的值比值对边坡稳定影响较大。 4.4 地下水位的影响 由于该工程濒临长江，地下水位高，在边坡稳定分析过程中对地下水位影响进行简要分析，分别取基坑外侧地下水位为0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、4.5m 时，边坡稳定安全系数进行比较。利用瑞典条分法计算得到结果如表 6 所示: 表 6 稳定安全系数随地下水位的变化 由计算结果分析可得：安全系数随基坑外侧地下水位的降低而相应的增大。故在基坑施工过程中，注意坑外侧的水位，在不对 周围建筑产生影响的情况下，做到尽可能地降低地下水的水位。 4结论 本文以瑞典条分法为理论基础，分别讨 论地下水位、强度指标、值对边坡稳定的影响，得到以下几点结论：通过引进敏感性因素分析理论，分别把、值作为不确定因素进行讨论分析，比较敏感度系数，得出值对边坡稳定的影响比值大。通过计算基坑外侧地下水位在不同位置的稳定安全系数，分析比较得出基坑外侧地下越低，安全稳定系数越高。 参考文献 1 张卫民，陈兰云. 地下水位线对土坡稳定的影响分析J.岩石力学与工程学报，2005，24（2）:53195322. 2 张丽，黄英，任磊，孙宏波.边坡稳定影响因素及稳定分析方法探讨J.云南水利发电，2007,23（4）:2226. 3 邱平，张喜中.露天采石场边坡稳定因素浅析J.中国安全科学学报，2006,16（7）:133139
