几种常用的边坡稳定性分析软件实例

几种常用的边坡稳定性

分析软件使用实例SLIDE软件－边坡的极限平衡分析系统SLIDE是一种功能强大的边坡稳定性分析软件，主要针对土质或岩石边坡进行圆弧或非圆弧失效面的稳定性计算。SLIDE利用垂直剖面的极限平衡原理分析滑动面的稳定性。它既能分析单一的滑动面，也能针对一给定边坡拟定出其危险滑动面的位置。能够用不同的方式模拟外载、地下水以及多种支护措施的作用。主要特色特色涉及：圆弧或非圆弧滑动面的滑面搜寻法；Bishop、Janbu、Spencer、GLE/Morgenstern-Price以及其他分析措施；涉及各向异性、非线性莫尔-库仑材料和其他多种材料模型；地下水－皮兹面、Ru因子、孔隙压力网格和有限单元渗流分析；边坡稳定性概率分析，给出边坡失效的概率（或可靠指标）；外载－线性、均布以及地震力的作用等；支护－土钉、锚索（杆）、桩等的前后处理与分析；可视化功能强大。（b）极限平衡分析

（a）SLIDEV.5.0界面（c）滑动面搜索

（d）加固效果分析

图1SLIDE软件及其分析成果边坡研究框图开挖后的重分布应力、大小力学模型建立（介质模型、应力、力学参数、变形破坏机理、边界条件…..）稳定性分析计算（刚体极限平衡理论、有限元…..）数学、力学分析法边坡岩体地质特征（地层、岩性、结构面特征及分布、地下水等）地质模型建立（平、剖面图）工程地质研究方法岩块、结构面力学性质（室内试验：求变形、强度参数）应力条件（建筑物作用力、天然应力、水压力、地震力等）岩体力学性质，力学参数（现场试验、模拟试验）试验法综合评价工程设计要求安全系数不稳定、不合理综合评价法稳定、合理其它判别指标工程设计修改方案或修改角施工有限元强度折减系数法的基本原理进行强度折减非线性有限元分析要有一种过硬的非线性有限元程序和收敛性能良好的本构模型。因为收敛失败可能表白边坡已经处于不稳定状态，也可能仅仅是有限元模型中某些数值问题造成计算不收敛。具有两组平行节理面的岩质边坡算例

如图所示，两组方向不同的节理，贯穿率100%，第一组软弱构造面倾角30度，平均间距10m，第二组软弱构造面倾角75度，平均间距10m，岩体以及构造面计算物理力学参数见表2.4.1。按照2维平面应变问题建立有限元模型。材料名称重度弹性模量泊松比内聚力内摩擦角kN/m3MPa

MPa度岩体25100000.21.038第一组节理17100.30.1224第二组节理17100.30.1224

表2.4.1计算采用物理力学参数表2.4.2计算成果计算方法安全系数有限元法（外接圆屈服准则）1.62有限元法（等面积圆屈服准则）1.33极限平衡方法(Spencer)1.36经过有限元强度折减，求得的滑动面如图2.4(a)所示,它是最先贯穿的塑性区。塑性区贯穿并不等于破坏，当塑性区贯穿后塑性发展到一定程度，岩体发生整体破坏，同步出现第二、三条贯穿的塑性区，如图2-(b)，程序还能够动画模拟边坡失去稳定的过程，从动画演示过程能够看出边坡的破坏过程也整体破坏的过程。图2.4(a)首先贯穿的滑动面图2.4(b)滑动面继续发展带软弱夹层的土坡稳定分析算例这个算例最早是由Frelund和Krahn(1977)提出的，随即被广泛引证。该土坡在坡底1m深处具有一种0.5m厚的软弱夹层。计算方法安全系数澳大利亚莫纳什大学土坡稳定分析软件GWEDGEM1.288陈祖煜和邵长明1.242Donald和Giam1.27加拿大边坡计算程序slope/w（Spencer)1.252有限元强度折减法1.256不同措施求得的稳定安全系数用有限元强度折减法求得的滑动面福宁高速公路A15-2标段二埔塘2号深路堑高边坡算例

碎石土强风化晶屑凝灰岩堆土弱风化晶屑凝灰岩

未开挖前的原始地貌（断面一）福鼎至宁德高速公路A15-2标段K102+720--K102+900右侧路堑高边坡位于霞浦县盐田乡二铺村西侧，边坡设计最高为50m，长180m，工点附近属丘陵剥蚀地貌，地形陡峭，路堑穿过的山体平均坡度不小于25度。该路堑的施工是先清除表层植被，设置坡顶截水沟后从上向下逐层开挖，当挖到第二级边坡后（标高约103m，路基设计标高85m），2023年10月12日坡顶开始出现裂缝；10月15日，k102+740--k102+770段第五级边坡跨塌，今后坡顶裂缝发展较快，裂缝达成10--50cm。自出现裂缝后便停止施工，进行了详细的地质勘察，然后修改设计，清除已经发生滑坡破碎体，放缓边坡坡度，同步进行防滑加固，主要措施为预应力锚索格子梁加固，修筑截排水天沟。原设计开挖断面

修改设计后开挖断面及加固措施

不同工况下的稳定安全系数稳定安全系数未开挖前1.31按照原设计开挖0.92按照修改设计开挖（未加锚索）1.06按照修改设计开挖（加锚索）2.45按照原设计开挖后的滑动面

滑动面按照修改设计进行二次开挖没有支护情况下的滑动面具有多条非贯穿构造面岩质边坡算例如图所示，构造面AB,CD倾角均为45度,AB=21.21m,CD=14.14m,CE=35m,AD=10m。此时的强度折减系数为2.7。如图所示，在上图的基础上增长与AB平行构造面FG，FG与CD共线，FG=AB=21.21m，DF=14.14m,AF=AD=10m。经过有限元计算得到边坡的稳定安全系数为2.3。将FG向右移动5m，使AF=15m，DF=18.03m，AD=10m，左下图是最先贯穿的滑动面，然后滑动面继续发展，AB和CD也出现贯穿，如右下图,此时的强度折减系数为2.6。若将FG再向右移动5m，使AF=20m，此时AD=10m，FD=22.36m，如图所示，此时构造面从AD贯穿，相应的强度折减系数为2.7。经过对比计算发觉，在岩体及构造面参数相同的情况下，构造面之间的贯穿机制受构造面几何位置、倾角、构造面之间岩桥的倾角、岩桥长度等原因的影响。岩桥倾角与两端构造面倾角越接近时，岩桥越轻易贯穿形成滑动面。如下图，构造面1到3的距离近来，AD=21.21m,FD=15.81m，但是滑动面却没有从1-3之间贯穿，而是1和2之间贯穿，这是因为从DA贯穿后形成的直线了滑动面。岩桥长度越短时，岩桥也越轻易贯穿形成滑动面，如下图，构造面AB倾角71.6°，AD与CE平行，虽然构造面1和构造面3之间的岩桥倾角与构造面相同，但是构造面1和2之间的岩桥距离（AD=10m）比1和3的距离（FD=21.21m）小，滑动面从构造面1和2之间贯穿。下图的计算表白，滑动面并没有从岩桥之间贯穿，而是从坡脚开始，出现一种局部的圆弧滑动面并与构造面3贯穿。虽然构造面1和3之间的岩桥长度最小，FD=10m，但是其方向水平，与外倾构造面1、3的夹角较大，形成的是折线滑动面。构造面1和2的滑动方向一致，且两者之间的距离(AD=21.21m)虽然不不小于构造面3到坡脚的距离（FH=25m），但是，因为边坡坡脚处的受力最大，滑动面没有从AD经过，而是从坡脚处贯穿破坏。结论目前对复杂节理岩质边坡的稳定分析尚没有好的措施,老式的极限平衡措施无法得到岩质边坡的滑动面及其稳定安全系数，而多种数值分析措施只能算出应力、位移、塑性区等,无法判断边坡的稳定安全系数以及相应的滑移面.利用非线性有限元强度折减系数法能够由程序自动求得边坡的危险滑动面以及相应的稳定安全系数，经过算例分析表白了此法的可行性，为岩质边坡稳定分析开辟了新的途径。算例表白采用徐干成、郑颖人（1990）提出的莫尔-库仑等面积圆屈服准则求得的稳定安全系数与简化Bishop法的误差为4-8%，与Spencer法的误差为0.5-4%，证明了其实用于土坡工程的可行性.该措施能够对贯穿和非贯穿的节理岩质边坡进行稳定分析，同步能够考虑地下水、施工过程对边坡稳定性的影响，能够考虑多种支挡构造与岩土材料的共同作用。假如使有限元计算保持足够的计算精度，那么有限元法较老式的措施具有如下优点：(a)能够对具有复杂地貌、地质的边坡进行计算;(b)考虑了土体的非线性弹塑性本构关系，以及变形相应力的影响；(c)能够模拟土坡的失稳过程及其滑移面形状。由图可见滑移面大致在水平位移突变的地方，也是在塑性区塑性发展最充分的地方，呈条带状；(