1、利用 LabVIEW 计算边坡的安全系数摘要：针对简化 Bishop 条分法计算过程的复杂、工作量大的缺点，根据 LabVIEW 数据计算的优势，通过各种图形符号连线的编程，生成安全系数计算的应用程序，实现对边坡的安全系数的计算。实验表明，此方法简单易行，可以大大的提高运行速度，并且计算结果与手算十分接近。 关键词：LabVIEW；Bishop 法；安全系数 中图分类号：P624.8 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 土坡稳定分析方法主要有极限平衡法、极限分析法和有限元法等方法，目前最常用的是极限平衡法。极限平衡法的一般步骤是先假定土坡沿某一确定的滑动面滑动，根据滑动土体的静力平衡条件和摩
2、尔-库伦破环准则计算滑动面滑动的可能性，即安全系数的大小。众所周知，计算边坡安全系数的极限平衡法，包括简单条分法、Bishop 条分法、Janbu条分法、瑞典条分法等简化方法。其中，瑞典条分法和 Bishop 条分法的应用更为普遍。而且，大量实际边坡稳定分析计算表明，对于圆弧滑动面，简化 Bishp 法计算结果与满足所有平衡条件的严格的极限平衡法，如 Janbu 法的计算结果相当一致。 简化 Bishop 法是英国著名土力学专家 A.W.Bishop1于 50 年前提出的边坡稳定计算方法，这个方法在工程中一直得到广泛的应用，被认为是计算圆弧滑动面安全系数最好的方法，因为它既简单又有很高的精度。
3、简化 Bishop 法是一种条分法，在边坡安全系数的迭代过程中，需要对每一条块求和，计算比较繁杂。采用 LabVIEW 编写生成的边坡安全系数计算的应用程序，可以提高计算速度。 本文对于简化 Bishop 法，通过 LabVIEW 软件来实现边坡安全系数的计算。 2 简化 Bishop 条分法的基本公式 Bishop 是一种适用于圆弧滑动面的滑坡稳定性分析方法2。Bishop考虑土条间力的作用，如下图所示， 、分别表示土条间的法向和切向条间作用力，为土条的水平作用力，为土条水平力的作用点到圆心的垂直距离，为土条水平力的作用点到圆心的水平距离，表示圆弧的半径，为土条的宽度，为土条的圆弧边长度，为
4、土条与水平面的夹角。 Bishop 法计算图示 分析土条的作用力，根据土条 ide 竖向力平衡条件可得 因为， 所以 可得 令 则 利用土条 i 的力矩平衡，得 这里 因此 上式中的及是未知的，个秋节上有困难。Bishop 假定土条间的竖向剪切力均略去不计，即，然后得到 利用 LabVIEW 编写简化 Bishop 的安全系数计算公示 LabVIEW(Laboratory Virtual instrument engineering workbench)是一款开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，它为设计者提供一个便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系
5、统，并可以任意构造仪器面板，而无须进行任何繁琐的计算机程序代码的编写，从而可以大大简化程序的设计。它主要应用于数据采集与仪器控制、测试测量、数据分析、数据表达及监测和控制等领域。它应用图形语言，即各种图表、图形符号、连线等编程，界面非常直观形象。在利用编程过程中，可以利用常用的框图模块来制定各种功能3。 在 LabVIEW 中开发的程序都是一个 VI（虚拟仪器） ，其扩展名默认为.vi。所有的 VI 中都包括前面板、程序框图和图标 3 部分4。 前面板是图形用户界面，用户可以在前面板上操作一台设计好的虚拟仪器。 程序框图中包含实现 VI 功能的图形化源代码。在程序框图中，通过连线将一些函数或子
6、 VI 连接起来，并结合一定的程序结构，实现所需要的各种功能。前面板上的控件在程序框图中有其对应的图标和端口。 在使用 Bishop 法计算土体安全系数时，土体的基本参数必须先知道，例如，土体重度、土体粘聚力、土体摩擦角。首先将土条的参数输入一个文本文件中，包括土条圆弧边的长度、土条高度以及土条与水平面的夹角。然后在 LabVIEW 前面板上添加几个数值输入控件，用于输入重度、粘聚力、摩擦角、Fs 初始值；添加一个数值显示控件，用于显示 Fs 最终值；添加一个文件输入控件，用于输入土体参数的文本文件。最后在程序框图上，添加一个 While 循环结构、两个 For 循环结构。按照 1 中的简化
7、Bishop 法的计算公式，将程序框图上的所有函数和子 VI 连接起来。Labview 的连接图示如下图： 前面板： 程序框图： 3 算例 文献5中的算例。已知土坡高度，坡角，土的容，土的内摩擦角，黏聚力。简化 Bishop 条分法的直接计算和 LabVIEW 计算结果如下表 1 中。表 1 土坡稳定计算表 4 结论 对于圆弧滑裂面，采用 LabVIEW 计算，自身编程简单，界面直观，可以获得精确的结果。 可以多次调用前面编写的安全系数计算的子 VI，计算当前的边坡安全系数，方便快捷。 可以生成一个计算安全系数的子 VI，储存起来，便于以后调用。 参考文献： 1 BISHOP A W.The use of the slip circle in the stability analysis of slopes J.Geotechnique，1995，5（1）：7-17. 2 杨庚宇，赵少飞土坡稳定分析圆弧滑动法的解析解J工程力学。1998(增刊)：440444 3 周海成化工和石油化工设备的国产化J压力仪器，1991， （3）：12-14 4 彭勇，潘晓烨，谢龙汉LabVIEW 虚拟仪器设计及分析M北京：清华大学出版社，2011. 5 张钦喜，李萍，赵党书土质学与土力学M北京：科学出版社，2005.
