基于统一滑移线理论的土质边坡稳定性分析方法

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随着我国基础建设步伐不断加快,不可避免地会遇到各种各样的边坡工程问题。在实际工程实践中,需要对边坡稳定性进行科学的评价,倘若未能保证边坡有足够的稳定性,边坡极易在如降雨等各种因素影响下发生失稳。在边坡治理工程中,研究边坡稳定性是进行边坡治理的前提。因此,在工程实践中对边坡稳定性进行准确评价是具有现实意义的,这样能够对欠稳定边坡针对性地采取适当有效的加固措施,提高工程经济效益。本文阐述了滑移线理论的基本原理,结合统一强度理论根据数值法推导了土质边坡统一极限坡面曲线。在此基础上提出了一种利用统一极限坡面曲线与原坡面线间的位置关系定义土质边坡稳定性系数的新方法,将此方法命名为统一极限坡面曲线法。统一极限坡面曲线法不用事先假定边坡滑裂面,具有简便、可行等优点。对于均质土坡,利用数值法可以快速且精确的得到其统一极限坡面曲线。应用统一极限坡面曲线法对一些文献中的均质土坡算例进行稳定性系数计算,得到的结果与《建筑边坡工程技术规范》中方法和已被验证方法的计算结果相吻合,表明本文方法计算结果是可靠的。此外,对多个均质土坡样本安全状态进行了判断,研究表明统一极限坡面曲线法计算得到的结果和其它方法的计算结果吻合度较高,表明统一极限坡面曲线法能够准确地判断均质土坡边坡所处的状态,而且吻合率高于安全系数法和极限曲线法,显示出统一极限坡面曲线法在判断边坡稳定状态方面的优势。以攀枝花机场路边坡工程为实例,统一极限坡面曲线法的判断结果与实际工程中的边坡状态相一致,表示统一极限坡面曲线法可以应用在实际工程当中。使用灰色关联法对影响均质土坡稳定性系数的6个主要因素进行了敏感性分析,并画出了各影响因素的影响曲线。研究表明:在6个因素中中间主应力系数对边坡稳定性系数敏感性最大,其次依次是黏聚力、内摩擦角、容重、坡高和坡角。中间主应力系数对边坡统一极限坡面曲线和安全系数都产生了较大影响。讨论了基于统一极限坡面曲线法的层状边坡稳定性计算方法。对于层状土质边坡,传统的土层分界面处理方法是将其看作是一条特殊的应力间断线,穿过土层分界面的滑移线发生应力间断。在此基础上,将此方法做了简化处理,即将土层分界面附近的点作为计算点发生应力间断,减少了将滑移线延伸到土层分界面上再进行应力间断计算的步骤,大大减少了使用图表法计算统一滑移线场和统一极限坡面曲线的工作量。只要保证计算间距足够小,就可以将误差控制在合理范围内。选取一些文献中的水平层状土质边坡算例,用统一极限坡面曲线法稳定性系数进行计算,计算结果与已有方法计算结果吻合较好,且能够准确判断边坡所处状态。使用颗粒流数值模拟软件PFC,模拟昔格达土双轴压缩室内试验,拟合得到了昔格达土的细观力学参数。根据此细观参数,使用颗粒流数值模拟软件PFC对均质昔格达土边坡进行稳定性研究分析,颗粒流边坡稳定性模拟结果与统一极限坡面曲线法的判断结果相一致。颗粒流数值模拟软件PFC能够直观地观察到昔格达土边坡的失稳破坏滑裂面和其失稳发展的整个过程,而且破坏过程的边坡受力状态与实际边坡破坏时的受力状态相一致。
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