電子表滑坡穩定性評價論文

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1概述

某規劃中的中型水電工程近壩庫岸的A、B古滑坡穩定問題,是影響壩址選擇的主要工程地質問題,不僅涉及河流的開發方式,也直接決定了該工程興建的可行性。本文以極限平衡法為理論基礎評價該滑坡的穩定性。

2滑坡穩定計算

2.1穩定分析計算的幾點原則：

(1)根據勘探和試驗的初步資料,每個滑坡體計算三條剖面;(2)工程位于地震基本烈度VI度區,按有關規定計算時不考慮地震荷載;(3)由于缺少水文地質試驗資料和觀測資料,在考慮動水壓力時以容重替代法進行簡化計算,即在計算滑體重量時,地下水位線以上采用天然容重,地下水位線以下靜水位以上采用飽和容重,計算抗滑力時用浮容重,靜水位以下則一律用浮容重;(4)由于滑體取樣試驗較少,滑動面抗剪強度指標難以確定,因此采用不同參數(一定范圍內)進行滑體穩定性計算。計算過程中發現凝聚力c對安全系數的影響甚微,故取相同的c值。

2.2基本原理

對巖質邊坡起控制作用的通常是軟弱面,一般用抗滑力和下滑力之比值作為評價指標,即安全系數,以確定其穩定性。滑坡體的下滑力主要包括滑坡體的重量和滑體內地下水的作用（包括靜水壓力和動水壓力）,也可以考慮地震力、地表水和爆破振動的影響等。滑坡體的抗滑力是指滑動面上力學強度（摩擦系數和凝聚力）所起的阻止滑動的作用力。當邊坡的坡角小于45°時,采用垂直滑體條分,近似地假定：條塊邊界上反力的方向與其下一條塊的底面滑動線的方向一致,如圖1所示。第i條塊的底部滑動線與下一條塊的底部滑動線相差角度。在這種情況下,條塊之間邊界上的反力用下式表達：

(1)

采用不平衡推力迭代法:由n個滑塊體組成的滑坡體,各塊體相應滑面上的作用力為S、N。第i塊體滑面傾角為ai,滑面上的作用力為Si,Ni,由于各塊體沿其相應滑面處于極限平衡狀態,因此Si與Ni滿足以下條件：

(i=1,2,......n)(2)

其中ci、fi、Fi分別表示第i塊體滑面的凝聚力、摩擦系數和滑面的面積。設第i塊體對于下一塊體(i＋1塊體)的不平衡推力為Pi,方向與第i滑面平行。同樣,第（i－1）塊體對于第i塊體的推力Pi-1與第i－1滑面平行?，F在討論第i塊體的受力情況。

抗滑力(3)

下滑力(4)

式中：,(Wi表示相應塊體的重量)(5)

考慮到i塊體沿其相應滑面i處于極限平衡狀態,則上述抗滑力與下滑力相等,亦即：

(6)

將公式(5)中的Ni值代入上式,則有：

(7)

同理,可以給出第n塊體的抗滑力和下滑力：

(8)

(9)

令抗滑力和下滑力相等,經簡化,可得到安全系數K的表達式為：

(10)

公式(7)是計算巖塊間不平衡推力Pi的普遍公式。具體計算步驟如下：

首先假定一個K值,將此K值代入公式(7)中,于是利用公式(7)順序計算塊體間的不平衡推力P1,P2,......,Pn-1,然后將Pn-1值代入公式(10)計算K值。比較計算的K值和假定的K值,如此二值相差較大,此時可以將計算得到的K值代替假定的K值,重新實現上面的計算過程,直到計算的K值和假定的K值相等,則該值為所求巖坡的安全系數。

2.4應用Excel軟件的計算實例

據以上原則,應用不平衡推力迭代法在Excel軟件中計算各剖面安全系數。對不同的剖面應用了不同的迭代次數,假定的K值與計算的K值相等時,即為所要的安全系數。

例:B岸坡II-II剖面迭代了5次。只要參數變化,計算結果也立即變化。假定有規律的5個安全系數,經計算得到另外5個安全系數。假定的K值與計算的K值相等時,即為所要的安全系數1.12(第3次迭代,取2位小數,見表1)。

3.計算結果分析

不平衡推力迭代法的計算結果表明,內摩擦角與安全系數基本呈完全線性相關關系,可由下列線性模型表達：(11)式中a表示線性模型的斜率,b為線性方程的截距。(注:原文計算圖表及分析過程略)