基于极限平衡法的边坡稳定性评价

基于极限平衡法的边坡稳定性评价

勾文利 李树豪 陈福钊

青岛黄海学院， 山东 青岛 266427

摘 要:针对现有边坡稳定性判定方法的单一性，提出基于极限平衡法的边坡稳定性评价方法。该评价方法采用了经典的瑞典条分法、Janbu法和毕肖普法等方法对边坡稳定性进行计算分析，并对边坡稳定性进行等级判定。

关键词:极限平衡法；边坡稳定；评价

中图分类号：TD854 文献标识码：A

1 引言

边坡的变形破坏模式取决于其所处的工程地质条件及其相关因素。对于层状岩质边坡的变形破坏主要有五种形式：圆弧滑动、顺层滑动、切层滑动、倾倒破坏、楔形体滑动、崩落。

该区位于采场北帮弧形部位的西段。据Ⅳ级结构面统计分析，该区出现五组优势Ⅳ级结构面，其中第1组和第4组与坡面呈大角度相交，第2组近于垂直，倾向与坡面倾向相近。因此，Ⅺ区结构面与坡体组合，形不成平整滑面型的破坏滑面，应使用圆弧型破坏模式来计算坡体的稳定性。^[1]

2 基于极限平衡分析方法的边坡稳定性分析

2.1 边坡稳定性分析的极限平衡分析方法原理

2.1.1 边坡稳定性安全系数的定义

边坡稳定性安全系数k的一般表达式：

基于安全系数可以建立多种分析方法：如瑞典分条法，毕肖普法，Morgenstern-Price法，Sencer法，Sarma法，Janbu法及余推力法等。本次稳定性分析计算采用瑞典条分法、毕肖普法和Janbu法。

（1）瑞典条分法

对于外形比较复杂，且 >0的非均质岩土坡，且有渗透影响和地震惯性力影响时，整个滑动岩土体上力的分析就比较复杂。滑动面各点抗剪强度又与该点法向应力有关，并非均匀分布。因此，应用瑞典法可将滑动岩土体分为若干条块，根据各岩土条块的剪切力和抗滑力，达到整个滑动岩体的力矩平衡，求得安全系数。^[2]

（2）Janbu法

对于松散均质的边坡，由于受基岩面的限制而产生两端为圆弧、中间为平面或折线的复合滑动，此时分析复合破坏面的边坡稳定性可用Janbu法。

（3）毕肖普法（Bishop）

简化Bishop法是计算单一圆弧形破坏最为常用的方法。此种方法将滑体垂直分为n个条块，取其中一块为i。

2.2 稳定性分析及计算成果

计算采用最优化寻优与现场实测滑面位置相结合办法寻找最大范围可能的破坏区。首先选择特征断面，采用优化分析方法搜索，找出安全系数最小的危险滑动面，然后分别采用Janbu法、毕肖普法、瑞典条分法进行分条计算，得到各计算分区的安全系数。选择特征断面11-11′，岩石天然重

【基金项目】青岛黄海学院校级科研项目（2018KJ09）

度取为 27KN/m³，粘聚力c=260kpa，内摩擦角34°。经分条计算得到安全系数最小为Janbu法，其值为1.1348。

3 边坡稳定性评价

如何确定一个既能保证工程安全又在经济上合理的安全系数，必须经过理论分析，计算和工程经验，安全系数的确定正确与否，直接关系到工程的安全和经济效益问题，安全系数越高，经济效益越差，二者是成反比例的，因此必须引入“允许安全系数”的概念。^[3]

允许安全系数是我们在评价边坡稳定性时的一项重要指标。通常认为当计算得到的安全系数大于允许安全系数时工程为稳定的；小于允许安全系数时为不稳定的。它的确定取决于对各种影响因素的考虑，并且在很大程度上依赖于工程经验。

本文允许安全系数的确定参照了国内外边坡稳定性研究及滑体加固后应达到的安全系数的成果，并充分了解这些成果中允许安全系数的取值背景，同时在取值时主要还考虑了下列因素：

（1）勘探工作的控制程度、边坡的实际暴露情况、基础资料是否翔实、试验方法的合理性、试验所获得参数的可靠性；

（2）参数取值对安全储备的考虑；

（3）稳定性计算对工程模型的简化、处理及其计算方法所造成的可能误差的估计；

（4）工程的服务年限、规模、边坡的几何形状及其所处空间位置重要性，考虑失事后的危害及损失；

（5）边坡周围环境地质的影响；

（6）对影响安全系数的一些不确定因素的估计。

上述各种因素，有的可以定量赋值，有的则很难以量化。对于难以定量的，往往根据工程经验，人为地作出权值判断，因此从本质上说，允许安全系数的确定，主要是建立在工程经验判断上，在充分考虑了上述各项因素之后，根据工程实际，可以直接对允许安全系数的赋值。^[4]

4 结论

本文根据地勘资料和实测数据，分析建立了滑体破坏模式，并采用经典的瑞典条分法、Janbu法和毕肖普法等极限平衡方法对边坡稳定性进行计算分析，根据各种极限平衡方法计算可以得到近似结果，从某种意义上验证了该评价方法的可靠性。

参考文献:

[1]边坡稳定性分析方法研究现状与趋势[J].丁参军,张林洪,于国荣,张永祥.水电能源科学.2011(08)

[2]边坡稳定性分析方法探讨[J].张明,王大锋,胡荣华.岩土工程技术.2017(03)

[3]边坡岩体稳定性分析[M].科学出版社,孙玉科等著,1988

[4]岩体结构力学[M].科学出版社,孙广忠著,1988

赤平极射投影在岩体工程地质力学中的应用[M].科学出版社,孙玉科,1980

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