膨胀土边坡稳定性分析讨论

・１１８・　第３３卷第３５期　２　０　０　７年１　２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ（　ＵＲＥ　Ｖｌ０１．３３Ｎｏ．３５　Ｄｅｃ．２０ｏ７　文章编号：１００９—６８２５｛２００７）３５—０１１８—０２　膨胀土边坡稳定性分析讨论　王文０冈４　贾志冈０　摘要：分析了膨胀土边坡失稳机理及其形式特点，重点讨论了现阶段常用的边坡稳定性分析方法，并指出了各方法的　适用性及应注意的问题，对实际边坡工程咱勺稳定性分析具有一定的指导意义。　关键词：边坡，膨胀土，稳定性　中图分类号：ＴＵ４１３．６２　文献标识码：Ａ　边坡稳定性分析一直是岩土工程的一个重要研究内容。膨　性，削弱了土粒间的粘结力，致使土体抗剪强度降低，同时也为地　胀土作为一种高塑性粘土，性质极不稳定，这就使得膨胀土边坡　表水人渗和土中水分蒸发提供了良好通道。２）湿润季节时，当大　工程的稳定性问题分析较一般边坡更加复杂，有必要进行相关问　气降雨或地表径流沿裂隙渗人土体时，一方面造成土粒间结合水　题的研究。　膜变厚，晶格产生膨胀；另一方面，当水充满较宽的裂隙时，可产　生静水压力与动水压力，将裂缝撑开，在土一水体系的力学效应　１膨胀土边坡失稳机理　一土的粘聚力急剧下降，抗剪强度衰减。由以上对膨胀土　般认为膨胀土边坡失稳主要是由土体内的裂隙发展致使　作用下，含水量的　其抗剪强度降低而造成的，因此造成裂隙张开、延伸、扩展、贯通　随大气干湿循环分析可知：膨胀土在外部诱发条件下，的各种因素就是导致滑坡的因素。从膨胀土边坡失稳的外部因　变化引起其抗剪强度的降低致使膨胀土边坡失稳，膨胀土的胀缩　’　其裂隙性是关键控制因素。　素分析，气候变化是诱发条件和主导因素，气候的季节性循环和　性是根本的内在因素，周期性变化，致使膨胀土抗剪强度呈明显下降趋势和变动性。土　２膨胀土边坡失稳形式特性　体抗剪强度随干湿循环变化特点可以从两方面来分析：１）干旱季　１）牵引性；２）结构和构造性；３）浅层性；４）多次滑动性；５）成　节时，土中含水量降低，土体收缩使土体原始结构受到不同程度　群分布性和季节性。　的破坏，一方面，原生隐微裂隙张开、扩大和加深；另一方面，原本　３膨胀土边坡稳定性分析方法　短小裂隙连通，发展成大裂隙，从而破坏了土体的完整性和均匀　｝　艚ａ　３０柏０．５　０　—极限平衡法　和处理工程质量的重要指标之一，为了提高混凝土强度的计测精　度，通过工程实际的应用，有如下几点看法：　５ｏ印　１）根据被检测结构混凝土强度的实际情况，在有条件的情况　下，尽量选择综合法检测，可以提高混凝土强度检测的可靠性；　２）严格参照国家标准技术规程，对所选用的检测工具一定要　加强计量管理。严格按照仪器操作规程进行测试，减少检测过程　中的误差因素；　３）注意积累和总结综合法检测混凝土强度的经验，以便进一　步开展试验研究工作。　３．８　３　９　４．０　４．１　４　２　４　３　４．４　４．５　—９．５　一ｌ４．５　点　一１９．５　—２４．５　参考文献：　—２９．５　Ｖ／ｋｍ・ｓ’　［１］（　ＣＳ　０２：２００５，超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程［ｓ］．　［２］ＣＥＣＳ　０３：８８，钻芯法检测混凝土强度技术规程［Ｓ］．　图１　钢筋混凝土灌注桩桩身　混凝土强度的Ｈ（，三一Ｖ）曲线图　图２　钢筋混凝土灌注桩桩身　［３］吴慧敏　结构混凝土现场检测技术［Ｍ］．长沙：湖南大学出版　社．１９８８　６．　混凝土强度的，二一Ｖ曲线图　４对提高计测精度的建议　结构混凝土强度的检测精度，是直接影响混凝土施工及推定　［４］童寿兴，李为杜．超高强度混凝土超声波测强技术的研究［Ｊ］．　无损检测．１９９４，１６（４）：１２２．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｊ　ｅｃｔｓ　Ｑ　Ｚｈｉ－ｑｉａｎ　ＬＥＩ　Ｌｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｓ　ａｎｄ　ｅｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｓ　ｏｆ　ｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｓｋｉｌ１．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｃｔｕａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｉｔ　ａｎａｌｙｚｓ　ｅｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｒｓｕｅｌｔｓ，ａｎｄ　ｂｒｉｎｇｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｄｖｉｃｅ　ｏｎ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ａｃｃｕｒａｃｙ，ＳＯ　ａｓ　ｔＯ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｍｅａｎｔｉｍｅ，ｏｆｆｅｒｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　收稿日期：２００７．０６—２７　●　作者简介：王刘￣（１９７７．），男，助理工程师，河南省淮滨县光大建筑安装有限公司，河南信阳４６４４００　贾志￣（１９７７　），男，讲师，黄淮学院建筑工程系，河南驻马店４６３０００　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第３５期　２　０　０　７年１　２月　王刘刚等：膨胀土边坡稳定性分析讨论　・　ｌｌ９・　１）Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法（普通条分法）。假定土条为刚性不变形体，不　度判断边坡稳定程度缺乏理论依据。７）条分法存在的一个缺陷　考虑相邻土条间的作用力，安全系数为：　是数学上不够严密，即给出的只是数值的必要条件而未能给出充　分条件。　（１）　ｆ２２．　，（ｔａｎ￣ｏｉｗ　ＯＯＳｔ￣ｉ＋ｃｉｌｉ）　ｋ＝上Ｌ—　————一　３．２有限元法　有限元法分析边坡稳定性思路有两种：１）用有限元方法计算　边坡中的应力分布，将应力水平较高的点连接起来作为计算边坡　∑Ｗ／ｓｉｎ　其中，仇为第ｉ土条的内摩擦角；　为第ｉ土条的重量；啦　中潜在的滑动面，以该面上抗剪强度的总和与各单元沿滑动方向　为第ｉ土条的底面倾角；Ｃｉ为第ｉ土条的粘聚力；　为第ｉ土条底　的剪应力总和的比值作为安全度量指标；２）对抗剪强度指标进行　面长度；　为土条总数。　定的强度折减或荷载放大，计算此时的土体变形量，若变形量　一２）简化Ｂｉｓｈｏｐ法。假定条块问只有水平作用力而不存在切　与折减倍数基本无关时，即认为土体已经失稳，此时的折减系数　向力，且各土条底部滑动面上的抗滑安全系数均相同。其安全系　或放大系数即为安全系数。　数为：　有限元法与传统的边坡稳定分析方法相比有如下优点：１）能　∑　１　（Ｃｉｚ。ＣＯＳ口　＋　ｔａｎ　）　ｋ＝　———一　够动态模拟边坡的滑坡过程及其滑移面形状，滑移面大致在水平　（２）　位移突变的地方及塑性变形发展严重的部位；２）考虑了土体的本　∑Ｗ／ｓｉｎ　肌　＝ｃ。ｓ　ｚ　构关系以及变形对应力的影响；３）能够对具有复杂地貌和地质的　边坡进行计算；４）求解安全系数时，不需要假定滑移面的形状，无　。　需进行条分，也不需要假定土条之间的相互作用力。但是当边坡　滑裂面通过的大部分土单元处于临近破坏状态，这　３）Ｊａｎｂｕ普通条分法。根据土压力理论假定条块间水平作用　接近失稳时，时，用有限元法分析边坡内的应力和变形所需要的土的基本特　力及刺入线的位置，其安全系数为：　ｋ＝　骞　ＣＯＳ　（　＋ＬｘＳ￣）ｔａｎ　］　ｓｅｃｚ　ｃＱ　，　种能反映土体实际受力状况的计算模型。　——————　———————————　——一（３）　性，如变形特性、强度特性等均变得十分复杂。因此，有待研究一　（　＋△Ｈｉ）ｔａｎａｉ　３．３其他分析方法　边坡稳定性问题是一个复杂的问题，其复杂性主要表现在系　统规模较大，评价指标的类型及度量标准不同，指标描述的方式　４）Ｍｏｒｇｅｎｓｔｅｍ—Ｐｒｉｃｅ法。假设滑裂面为任意形状，刺入线函　不同，评价信息不完整。由于边坡本身物质组成的复杂性、多样　数为ｙ＝　（　），且土条力Ｅ和力矩Ｘ满足Ｘ＝ａｆ（ｚ）Ｅ，利用　性以及众多的影响因素，人们难以用确定性的分析方法对其进行　Ｎｅｗｔｏｎ．Ｒａｐｈｓｏｎ方法通过控制　和ｋ迭代求解边坡安全系数。　精确的描述。因此，为了克服边坡稳定性问题分析的随意性和不　人们尝试用数学方法进行定量或半定量描述，并获得了　５）Ｓｐｅｎｃｅｒ法。假定相邻土条之间Ｅ和Ｘ满足舍＝ｔａｎ０，根　确定性，　据垂直土条底面和平行土条底面方向的静力平衡及滑动土体的　较大的进展。其中，△Ｈ为第ｉ土条两侧的切应力差。　力矩平衡，选定滑裂面和若干０求解安全系数。　６）Ｓａｍ￣法。假想在水平地震惯性力作用下滑裂面刚好达到　极限状态，以临界加速度作为判断土坡稳定程度的标准。　４结语　经典的极限平衡法虽已广泛用于边坡稳定性分析，但也存在　种种不足，在实际工程中应充分考虑实际情况，并结合地区经验，　现对上述方法满足的平衡条件、使用情况及存在的问题总结　使边坡稳定分析方法更加优化。有限元分析方法虽亦被广泛应　如下：１）Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法只满足整体力矩平衡，简化Ｂｉｓｈｏｐ法满足整　用，且存在诸多优点，但其结果不能直接与稳定建立联系，需根据　体力矩和垂直力平衡，二者均只适用于圆弧滑裂面。其他均满足　破坏准则制定合理的安全系数。　力和力矩平衡，均适合任意滑裂面边坡稳定分析。２）由于忽略条　目前人们对膨胀土强度理论的认识尚处于初级阶段，准确地　间力的影响，Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法安全系数可能降低５％～２０％，对于　＝　分析边坡问题需要进行几方面研究：１）加强边坡稳定性分析试验　０或数值很小的软粘土，Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法已足够精确，但对高孔压破坏　研究；２）继续完善现有经典分析方法；３）积极发展人工智能专家　面较深的平缓土坡，Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法计算安全系数偏低，有时高达　系统及预测预报方法。　６０％。３）简化Ｂｉｓｈｏｐ法在任何条件下是精确的。但当ｍ　＝　参考文献：　∞　＋　利水电科学研究所，２０００．　法计算边坡安全系数时，最好同时用Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法计算对比。４）　［２］张天宝．土坡稳定分析和土工建筑物的边坡设计［Ｍ］．成都：　Ｍｏｒｇｅｎｓｔｅｍ－Ｐｒｉｃｅ法最通用也最复杂，可以校核其他方法的合理　成都科技大学出版社，１９８７．　性并确定潜在误差，但该法的求解需对有关假设（如刺入线函数）　［３］郑颖人．用有限元强度折减法进行边坡稳定分析［Ｊ］．中国工　做出正确的判断。５）在某些情况下Ｊａｎｂｕ的普通条分法，Ｍｏｒｇｅｎ—　程科学，２００２（１０）：５７—６１．　＜０．２时会存在数值收敛问题。用简化Ｂｉｓｈｏｐ　［１］陈祖煜．土质边坡稳定分析的原理和方法［Ｍ］．北京：中国水　ｓｔｅｍ－Ｐｒｉｃｅ法，Ｓｐｅｎｃｅｒ法都有数值问题。６）Ｓａｒｍａ法以临界加速　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｅｘｐａｎｓｉｖｅ　ｓｏｉｌ　ｓｌｏｐｅ　ＷＡＮＧ　Ｌｉｕ－ｇａｎｇ　Ｊ［Ａ　Ｚｈｉ－ｇａＩｌｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｅｘｐａｎｓｉｖｅ　ｓｏｉｌ　ｓｌｏｐｅ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｆｏｒｍｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ、Ｃｏｍｍｏｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｓｉｄｅ　ｓｌｏｐｅ　ｕｓｅｄ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ｄｅｓｅｒｖｉｎｇ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｏｓｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｒｅ　ｐｒｏ—ａ　ｐＯｓｅ（１，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｉｓｔｎｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅａｎｉｇｓ　ｆｏｒ　ｓｔａｂｉｌｎｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ、　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｌｏｐｅ，ｅｘｐａｎｓｉｖｅ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ