圆弧滑面的条分法分析.doc

5.7.2 圆弧滑面的条分法分析常用的有瑞典圆弧法(WFellenius，1936年)和毕肖普法(AWBishop，1955年):a、瑞典法1.基本原理假定土坡沿圆弧面滑动(图5-7-6)，ABCD为滑动土体，AD为圆弧滑动面。条分法就是将圆弧滑动体分成若干竖直的土条，计算各土条对圆弧圆心O的抗滑力矩与滑动力矩，由抗滑力矩与滑动力矩之比(稳定安全系数)来判别土坡的稳定性。这时需要选择多个滑动圆心，分别计算相应的安全系数，其中最小的安全系数对应的滑动面为最危险的滑动圆。最小安全系数的范围值应为Kmin=1.11.5，重要工程的Kmin应取高值。2.具体分析步骤(1)按比例绘出土坡截面图5-7-7；(2)任意一点O作为圆心，以O点至坡脚A作为半径r，作滑弧面AC；(3)将滑动面以上土体竖直分成几个等宽土条，土条宽为0.1r；(4)按图示比例计算各土条的重力Gi(图5-7-7), 滑动面ab近似取直线，ab直线与水平面夹角为i；分别计算Gi在ab面上法向分力和切向分力: 土条两侧面上的法向力、切向力相互平衡抵消(由此引起的误差一般在10%15%)，可以不计；(5)计算各土条底面切力对圆心的滑动力矩:(6)计算各土条底面的抗剪强度所产生的抗滑力矩：(7)稳定安全系数为：(8)假定几个可能的滑动面，分别计算相应的安全系数K，其中Kmin所对应的滑动面为最危险的滑动面。 b、毕肖普条分法 图5-7-8所示土坡，任意一土条i上的作用力中有5个未知数，属于二次静不定问题。毕肖普在求解时补充了两个假设条件：忽略土条间的竖向剪切力Xi和Xi+1的作用；对滑动面的切向力Ti的大小作了规定。根据土条i的竖向平衡条件可得： 滑动面上的抗滑力为Ti=fili=Ti ，安全系数为K，则 将公式代入公式，得： 再将公式代入公式得： 毕肖普假设Xi+1-Xi=0，则公式可简化为： 式中：li-各土条弧长。由于式中含有K值，公式须用迭代法求解。为了计算方便，可按i及tan/K直接查得mi (图5-7-9)。 图5-7-6图5-7-7图5-7-8 图5-7-9c、确定最危险滑动面圆心的方法1.费伦纽斯法：费伦纽斯提出当土的内摩擦角=0时，土坡的最危险圆弧滑动面通过坡脚，然后由坡角或坡度1:n查表5-7-1得出角1以及2 。图5-7-10中过坡脚B和坡顶C分别作与坡面和水平面夹角为1、2的线BD和CD，得交点D即为最危险滑动圆弧圆心。 表5-7-1 1及2数值表土坡坡度(竖直:水平)坡角121:0.586029401:14528371:1.5334426351:2263425351:3182625351:4140225371:511192537土的内摩擦角0时，最危险滑动面也通过坡脚，其圆心在ED的延长线上，见图5-7-10。E点的位置距坡脚B点的水平距离为4.5H，垂直距离为H 。值越大，圆心越向外移。计算时从D点向外延伸取几个试算圆心O1，O2，分别求得其相应的滑动稳定安全系数K1，K2，绘出K值曲线可得到最小安全系数值Kmin，其相应圆心Om即为最危险滑动面的圆心。实际上土坡的最危险滑动面圆心位置有时并不一定在ED的延长线上，而可能在其左右附近，因此圆心Om可能并不是最危险滑动面的圆心，这时可以通过Om点作DE线的垂线FG，在FG上取几个试算滑动面的圆心O1，O2，求得其相应的滑动稳定安全系数K1，K2，绘得K值曲线，相应于Kmin值的圆心O才是最危险滑动面的圆心。 图5-7-102.泰勒分析法 泰勒经过大量计算分析后提出：当3时，滑动面为坡脚圆，其最危险滑动面圆心的位置，可根据及角值，从图5-7-11的曲线查得和值作图求得。当=0，且53时，滑动面也是坡脚圆，其最危险滑动面圆心位置，同样可从图5-7-11的和值作图求得。图5-7-11 当=0，且53时，滑动面可能是中点圆，也有可能是坡脚圆或坡面圆，它取决于硬层的埋藏深度。当土坡高度为H，硬层的埋藏深度为ndH(如图5-7-12a)。若滑动面为中点圆，则圆心位置在坡面中点M的铅直线上，且硬层相切，见图5-7-