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文檔簡介
邊坡穩定性計算方法目前的邊坡的側壓力理論,得出的計算結果,顯然與實際情形不符。邊坡穩定性計算,有直線法和圓弧法,當然也有拋物線計算方法,這些不同的計算方法,都做了不同的假設條件。當然這些先輩拿出這些計算方法之前,也曾經困惑,不做假設簡化,基本無法計算。而根據各種假設條件,是會得出理論上的結果,但與實際情況又不符。倒是有些后人不管這些假設條件,直接應用其計算結果,把這些和實際不符的公式應用到現有的規范和理論中。瑞典條分法,其中的一個假設條件破裂面為圓弧,另一個條件為假設的條間土之間,沒有相互作用力,這樣的話,對每一個土條在滑裂面上進行力學分解,然后求和疊加,最后選取系數最小的滑裂面。從而得出判斷結果。其實,那兩個假設條件對嗎?都不對!第一、土體的實際滑動破裂面,不是圓弧。第二、假設的條狀土之間,會存在粘聚力與摩擦力。邊坡的問題看似比較簡單,只有少數的幾個參數,但是,這幾個參數之間,并不是線性相關。對于實際的邊坡來講,雖然用內摩擦角Ф和粘聚力C來表示,但對于不同的破裂面,破裂面上的作用力,摩擦力和粘聚力,都是破裂面的函數,并不能用線性的方法分別求解疊加,如果是那樣,計算就簡單多了。邊坡的破裂面不能用簡單函數表達,但是,如果不對破裂面作假設,那又無從計算,直線和圓弧,是最簡單的曲線,所以基于這兩種曲線的假設,是計算的第一步,但由于這種假設與實際不符,結果肯定與實際相差甚遠。條分法的計算,是來源于微積分的數值計算方法,如果條間土之間,存在相互作用力,那對條狀土的力學分解,又無法進行下去。所以才有了圓弧破裂面的假設與忽略條間土的相互作用的假設。其實先輩拿出這樣與實際不符的理論,內心是充滿著矛盾的。實際看到的邊坡的滑裂,大多是上部幾乎是直線,下部是曲線形狀,不能用簡單函數表示,所以說,要放棄求解函數表達式的想法。計算還是可以用條分法,但要考慮到條間土的相互作用。用微分迭代的方法求解,能夠得出近似破裂面,如果每次迭代,都趨于收斂,那收斂的曲線,就是最終的破裂面。h1圖3參照圖3,下面將介紹這種方法的求解步驟。對于單一的土體,其重度γ,粘聚力為C,內摩擦角為Ф,求垂直邊坡的自然破裂面。如果粘聚力為0,那土體的破裂角就是內摩擦角,這樣的土體,只是沙漠地帶,以及實驗室中水洗烘干的砂土,粘聚力是0。但是其高度h不唯一,這個穩定解是角度為內摩擦角,相互平行于的一族直線。粘聚力不為0的情況單位長度土體的平衡條件。第一步,對三角形土體ABC,進行力學分解,列出滿足斜面AB的力學平衡方程,這時,一個方程中會出現兩個變量(h,θ),這當然也是一族解。對于這一族解,只有條件最先滿足的那種情況,才最可能發生。這時可以有2種方法繼續,一是把θ看成是h的變量,用函數求極值的方法,求出最小的邊坡高度h,二是先假設θ值,然后直接用計算程序搜索計算,比較得出最小的高度h。對于單一土層,第一種方法比較合適,但對于多層土,困難就比較大了,直接用計算程序搜索,得到最小的高度(h,θ),以此為基礎,進一步計算。第二步,再對三角形BDE、梯形ACDE進行力學分解,求極限平衡,由于DE小于h,如果DE面上沒有摩擦力和粘聚力,那三角形BDE上的抗滑力大于下滑力,梯形ACDE上的抗滑力小于下滑力。考慮到DE面上的應力,由于三角形BDE、梯形ACDE有相互分離的趨勢,只考慮DE面上的粘聚力,DE面上的最大應力粘聚力C乘以DE的面積,對于三角形土體BDE,沿BE進行力學分解,根據極限平衡的條件,求得DE。第三步,再對CD進行n等分,已知DE面上的應力為C×h1,AC面上的粘聚力為0,再假設條間土的相互作用力,為線性分布,即DE面上的應力到AC面上的應力,為線性遞減(這一點也許和實際不符)。從CD開始建立各個梯形條狀土的的平衡條件,求出各梯形條狀土下端的角度,將這些線段連接起來,就近似得到邊坡土體的破裂面。經過這三步的計算,這個破裂面已經和實際情況很接近。如果想進一步去求解,可以根據上面的計算結果,再次迭代。AC面到DE面上的條件土的應力,可以有不同的函數假設,只要級數足夠多,最小的破裂面,可以無限接近真實的破裂面,這樣的求解方法,在理論上是完備的。一般情況下,對函數級數的假設,過多的話,計算量會很大,根據實際情況通常取到一級或二級,只是在完備性分析的時候,才會假設的無窮級數。斜邊坡的自然穩定性計算圖4自然坡角為β的邊坡,如圖4所示,仍然可以按照垂直邊坡的計算步驟,但比垂直邊坡更復雜一些。第一步,建立三角型土體ABC的靜力平衡關系,根據靜力平衡條件,求解出最小的穩定邊坡高度h。第二步,根據三角型BDE的靜力平衡關系,求解DE面以及DE面上的應力,這個步驟與前面垂直邊坡的求解方法形同。第三步,根據梯形CDEF的靜力平衡關系,求解CF面上的應力,由于梯形土體CDEF和下部三角型土體ACF是相互擠壓的關系,其實際應力是根據平衡條件所計算確定。第四步部,對CD和AC之間的土體,進一步細化求解,從D點開始,根據細化的土體條塊體的穩定性,確定下部的破裂角。其中DE面到CF面之間的條狀土之間的應力,以及CF面到下邊A點的條狀土之間的應力,可以假定按照線性分布去計算。多層土體邊坡穩定性計算對于多層土體,由于各層土體的土力學參數不一樣,情況會更為復雜。對于垂直邊坡,對于圖3的情況,先從上到下根據三角型BDE的穩定性,求解DE的高度,求解出最小的DE面。然后根據梯形ACDE的靜精力平衡條件,求解出滿足精力平衡條件的最小高度h,再細化條狀土,根據細化的條狀土平衡條件求解。對于有坡度的邊坡,如圖4,仍然采取上述的步驟,先求解DE面,然后根據靜力平衡條件,求解不規則土體A
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