瑞典圆弧滑动面条分法
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求解边坡稳定安全系数两种方法的比较摘要:目前,边坡稳定性分析主要有刚体极限平衡法和有限元强度折减法,本文就理论基础、安全系数的定义及优缺点对以上两种方法进行了简要评述。
基于极限平衡法的发展起来的各种方法物理意义简单,便于计算,但是需要许多假设。
有限元强度折减法不需要假设,可以直接搜索临界滑动面并求出相应的安全系数,同时考虑了岩土体的弹塑性和边坡的破坏失稳过程。
通过对两种方法的认识比较,给岩土边坡工作者设计施工提供一定的参考价值。
关键词:边坡稳定性;极限平衡法;有限元法;安全系数引言边坡稳定分析是一个非常复杂的问题,从20世纪50年代以来,许多专家学者致力于这一研究,因此边坡稳定分析的内容十分丰富。
总体上来说,边坡稳定分析方法可分为两大类:定性分析方法和定量分析方法。
定性分析方法主要是通过工程地质勘探,可以综合考虑影响边坡稳定性的多种因素,对边坡岩土体的性质及演化史、影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析,从而给出边坡稳定性评价的定性说明和解释。
然而,人们更关心的是如何定量表示边坡的稳定性,即边坡稳定性分析的计算方法,定量方法将影响边坡稳定的各种因素都作为确定的量来考虑,通常以计算稳定安全系数为基础。
边坡稳定分析的定量方法有很多种,如条分法、数值分析方法、可靠度方法和模糊数学方法等[1-3]。
目前,边坡稳定分析方法中,人们较为熟知且广泛应用的有条分法和有限元方法。
条分法在边坡稳定分析中最早使用,因其力学模型概念清楚、简单实用,故广泛应用于实际工程中,已经逐渐成为边坡稳定分析的成熟方法。
随着计算机技术的发展,数值分析方法在工程领域应用越来越成熟,有限元方法考虑了土体的非线性应力-应变关系,同时弥补了条分法的不足,近年来有限元方法得到了极大的发展。
[4-6]刚体极限平衡法刚体极限平衡法是人们提出的最早的一类方法,是边坡分析的经典方法,只需要少许力学参数就能提供便于设计应用的稳定性指标即安全系数。
土质边坡潜在滑动面确定方法及实例0引言由凝聚性土类组成的均质或非均质土坡,一般假定它的稳定问题是平面应变问题。
大量研究表明,土质边坡的滑裂面为曲面,其中均质土坡可简化为圆弧面。
用极限平衡理论分析边坡稳定性时,无论用瑞典条分法(CFellenius},Bishop 法,或Janbu 法,其关键在于确定潜在滑动面及其对应的最小安全系数。
如何较快地确定潜在滑动面圆心的大概位置,确定潜在滑面的形态和位置,对于土坡的稳定性评价具有重要意义1作图法1.1理论依据对于均匀土质边坡,坡面开挖后(图1),坡面A 点处于单向应力状态,其上的作用力c σ为大主应力。
当单元体剪应力达到土体抗剪强度时就发生破坏,其潜在滑面一般通过坡脚。
破坏面与大主应力作用方向即坡面夹角为:0452ϕθ=- (1)1.2作图步骤根据上述理论分析,利用作图法确定滑面(图2)的具体步骤为:(1)根据(1)式求出θ,作直线BB ’垂直于BC ,过B 作BC ’与BB ’成θ夹角;(2)在BC 上任取点M ,作MT 与铅垂线成θ夹角,交BC ’于C 点;(3)过A 作AK 与坡面AB 成θ角;(4)在AK 与MT 上,分别从A 点和C 点起,以任意等长a 取线段AP , PU 和CL, LQ;(5)分别过P, U 作AB 平行线,过L, Q 作BC 平行线,交E 和F 点,连EF 交AK 于点S;(6)过点S 作MT 的平行线交BC ’于N;(7)过A 作AK 的垂线,过点N 作sN 的垂线,交于0点。
以0为圆心,以OA 为半径作圆弧AN 交BC 于DOAND 就是所求的潜在滑动面。
2对数螺旋线法对于土质边坡,其潜在滑动面除可为圆弧外能还可能为对数螺旋线(图3),其方程为:k r ae θ= (2)式中a 、k 为常数; θ为螺旋线半径与水平线的夹角。
螺旋线上任一点B 的切线与过该点的半径r 的夹角为Ψ,与该半径r 垂线的夹角ϕ就是破裂面上的内摩摔角ϕ 。
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瑞典条分法与简化毕肖普法在海堤抗滑稳定分析中的比较杨晓松;高涛【摘要】海堤作为围海工程的主体,准确计算和控制海堤的整体抗滑稳定性是整个围海工程顺利完成的关键.针对目前常采用的瑞典条分法与简化毕肖普法整体抗滑稳定计算方法,考虑孔隙水压力的影响,从基本公式、基本假定、公式推导、公式简化等方面对瑞典条分法和简化毕肖普法进行了对比并得到了两种方法的之间的相互关系.结合福建省沿海软基筑堤典型工程,分别用这两种计算方法得出稳定系数,进一步论证了两种方法之间的相互关系.%A seawall is the main subject of the coastal reclamation,and the accurate calculation and the control of the overall sliding stability of the seawall are the key points of the successful completion of the whole reclamation projects.The Sweden slice method and the simplified Bishop method are two overall anti-sliding stability calculation methods which are commonly used at present.Considering the influence of pore water pressure,these two methods are compared from the aspects of the calculation principle,the basic assumption,the derivation and simplification of formula and so on,and the relationship between two methods is obtained.Then a typical project of soft embankment along the coast of Fujian province is calculated using these two methods,further demonstrating the relationship between the two methods.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】6页(P27-32)【关键词】围海工程;海堤;整体抗滑稳定性;瑞典条分法;简化毕肖普法【作者】杨晓松;高涛【作者单位】山东省交通规划设计院,山东济南250031;山东省交通规划设计院,山东济南250031【正文语种】中文【中图分类】TV16;U656.2我国东南沿海经济发达、人口密集、土地资源非常紧张,地方多通过围海造地来缓解土地资源紧张的局面。
基于瑞典圆弧法的土钉墙边坡稳定性计算摘要:为验算土钉墙边坡的稳定性,以瑞典圆弧法为基础,确定滑动面的位置,计算稳定系数K及其最小值。
在已知荷载参数、放坡参数以及土钉数据的前提下,根据4.5H法做圆心辅助线的方法,通过不断地对圆心O与圆弧半径R的假设,计算出若干组(O,R)的相关数据,找出最小稳定性系数,然后使其与规范进行对比,对边坡稳定性进行判定。
关键词:土钉墙边坡;稳定性;瑞典圆弧法;4.5H法;滑动面;稳定系数土钉墙支护适用于地下水位以上或经过人工降水后的黏性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等[1]。
这种方法由于施工工序简单、施工周期短、造价低等因素,因而一直被基坑支护工程广为采用[2]。
由于其在工程中的广为运用,人们也关心这项技术对于边坡稳定的作用,因而就出现许多的方法验证其边坡的稳定性。
本文就以条分法中最古老最简单的方法瑞典圆弧法进行分析,这种方法概念清晰,容易理解和掌握,而且分析后能直接给出边坡稳定性的安全系数[3],接下来就依托一项工程实例进行阐述。
1基本假设用瑞典圆弧法验算土钉墙边坡稳定性时,有以下假定:计算中的土体为均质土;1)计算图式是建立在二维坐标系上的;2)土体的滑动面为圆弧滑动面面;3)滑动土体呈刚性转动;4)在滑动面上处于极限平衡状态;5)破裂面为圆柱面;6)计算中不考虑土条间的作用力;7)土坡稳定的安全系数用破裂面上的全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义。
8) 2计算模型简介设计安全系数K=1.5,边坡尺寸参数及红黏土物理力学参数如图1所示。
其中,喷射混凝土弹性模量E=2×107kN/㎡,泊松比υ=0.2,容重γ=24kN/m3,厚度150mm;土钉弹性模量E=2×108kN/㎡,泊松比υ=0.25,容重γ=78kN/m3,长度3.5m,倾角25度,孔径220mm,竖向间距2.36m;钢筋采用HRB400,弹性模量E=2×108kN/㎡,泊松比υ=0.25,容重γ=78kN/m3,直径20mm;土钉墙坡度为1:0.35,分条块数为6块;红黏土厚度13.5m;集中荷载25.5kN,等效为均布1.79kN/m,荷载宽度14m。
说明:
1、本边坡计算采用瑞典条分法计算;
2、以边坡坡脚为圆心建立坐标系;
3、本边坡计算,需要输入的基本参数有:边坡高度、边坡角度、滑动圆弧圆心坐标、土层重度、土的有效粘聚力、内摩擦角,水头高、各土层厚度、附加荷载情况等;
4、其他计算因子可根据实际工程情况调整;
5、土条宽度建议采用(0.05——0.1)R(滑动圆半径);本人经验在一般土条宽度越小,Ks值也会偏小;本边坡计算只作为计算范本,实际计算时应按要求调整;
6、有效内摩擦角:考虑地下水;当通过不同地层时,按土条中线位置在相应的土层来确定的;
7、有效粘聚力:考虑地下水;当通过不同地层时,按土条中线位置在相应的土层来确定的;
8、地下水水头高h wi 取土条中点数值,故水压U i=γw h wi b i。
求解边坡稳定安全系数两种方法的比较摘要:目前,边坡稳定性分析主要有刚体极限平衡法和有限元强度折减法,本文就理论基础、安全系数的定义及优缺点对以上两种方法进行了简要评述。
基于极限平衡法的发展起来的各种方法物理意义简单,便于计算,但是需要许多假设。
有限元强度折减法不需要假设,可以直接搜索临界滑动面并求出相应的安全系数,同时考虑了岩土体的弹塑性和边坡的破坏失稳过程。
通过对两种方法的认识比较,给岩土边坡工作者设计施工提供一定的参考价值。
关键词:边坡稳定性;极限平衡法;有限元法;安全系数引言边坡稳定分析是一个非常复杂的问题,从20世纪50年代以来,许多专家学者致力于这一研究,因此边坡稳定分析的内容十分丰富。
总体上来说,边坡稳定分析方法可分为两大类:定性分析方法和定量分析方法。
定性分析方法主要是通过工程地质勘探,可以综合考虑影响边坡稳定性的多种因素,对边坡岩土体的性质及演化史、影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析,从而给出边坡稳定性评价的定性说明和解释。
然而,人们更关心的是如何定量表示边坡的稳定性,即边坡稳定性分析的计算方法,定量方法将影响边坡稳定的各种因素都作为确定的量来考虑,通常以计算稳定安全系数为基础。
边坡稳定分析的定量方法有很多种,如条分法、数值分析方法、可靠度方法和模糊数学方法等[1-3]。
目前,边坡稳定分析方法中,人们较为熟知且广泛应用的有条分法和有限元方法。
条分法在边坡稳定分析中最早使用,因其力学模型概念清楚、简单实用,故广泛应用于实际工程中,已经逐渐成为边坡稳定分析的成熟方法。
随着计算机技术的发展,数值分析方法在工程领域应用越来越成熟,有限元方法考虑了土体的非线性应力-应变关系,同时弥补了条分法的不足,近年来有限元方法得到了极大的发展。
[4-6]刚体极限平衡法刚体极限平衡法是人们提出的最早的一类方法,是边坡分析的经典方法,只需要少许力学参数就能提供便于设计应用的稳定性指标即安全系数。
瑞典条分法在深基坑支护稳定性分析中的应用【摘要】根据瑞典条分法的基本原理和稳定性验算,探讨了建筑深基坑支护设计的方法、思路。
通过工程实例,采用瑞典条分法进行建筑深基坑支护、山体滑坡支护等是可行、有效的,值得推广应用。
【关键词】瑞典条分法;基坑支护;滑动土体;稳定性验算【abstract 】according to Sweden slice method and the basic principle and stability checking, probes into the construction of the deep foundation pit supporting design method, the thinking. Through engineering examples, the article Sweden on building method runs deep foundation pit supporting, landslides bracing is feasible and effective, popularization.【key words 】Sweden slice method; Foundation pit supporting; Sliding the soil; Stability checking随着城市建设和改造的迅猛发展,都市建筑通常设计地下室,但是,由于建筑场地狭窄,常常给地下室开挖造成很大的困难。
因此,基坑支护结构的设计与施工,已成为当前现代建筑深基坑支护的热点和难点,成为影响整个工程造价和进度的关键。
目前用于基坑支护稳定性分析的新技术、新方法很多,其中,瑞典条分法作为传统而古老的极限平衡分析法, 在边坡稳定分析中是一种最常用、最重要的方法,常被工程设计人员所采用,其主要特点是:概念清晰,容易被工程人员理解和掌握,同时通过瑞典条分法不仅给出了深基坑边坡土体极限平衡条件下的受力情况,还直接给出反映边坡稳定安全系数值的计算分析,因此,该方法力学概念明确,适应范围较广,安全系数计算合理,在建筑工程领域得到广泛应用。
基本原理:
瑞典圆弧滑动面条分法,是将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条,对
作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析,求出在极限平衡状态下土体稳定的
安全系数。该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响,因此是条分法中最简单
的一种方法。
这里,首先要确定最危险滑动圆弧的形状,即首先要找出最危险滑动圆弧的
滑动圆心O,然后找坡角圆即可画出最危险滑动圆弧。欲找出K值最小的最危险
滑动圆弧,可根据不同的土质采用不同的方法:
①.内摩擦角 0的高塑性粘土
这种土的最危险滑动圆弧为坡脚圆,可按下述步骤求其最危险滑动圆弧的滑
动圆心。
a.由下表3-2,根据坡角 查出坡底角 和坡顶角 。
表3-2 坡底角和坡顶角
坡角 坡底角 坡顶角 坡角 坡底角 坡顶角
续表 3-2
90° 75° 60° 45° 33°47′ 33° 32° 29° 28° 26° 40° 40° 40° 38° 35° 30° 26°34′ 15° 11°19′ 26° 25° 24° 25° 36°
35°
37°
37°
b 在坡底和坡顶分别画出坡底角和坡顶角,两线的交点O,即最危险滑动圆弧的
滑动圆心。
②.内摩擦角 0的土
这类土的最危险滑动圆弧的滑动圆心的确定,如下图所示,按下述步骤进行:
图3-2 最危险滑动圆弧的确定图
a.按上述步骤求出O点;
b.由A点垂直向下量一高度,该高度等于边坡的高度H,得C点,由C点水平向
右量一距离,使其等于4.5倍H而得D点,连接DO;
c.在DO延长线上找若干点,作为滑动圆心,画出坡脚圆,试算K值,找出K值
较小的E点;
d.于E点画DO延长线的垂线,再于此垂线上找若干点作为滑动圆心,试算K值,
直至找出K值最小的O′点,则O′点即最危险滑动圆弧的滑动圆心。
用上述方法计算,需要经过多次试算才能达到目的。目前,已可用电子计算机迅
速地找出滑动圆心。
确定出圆心O点以及K值大小后利用《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)
中所规定确定h0方法:
0sin)(tancos)(00iiikikiiiiikwbqwbqlc
(3-5)
其中:
ikc、ik
——最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水快剪粘聚力内摩
擦角标准值。
i
l
——第i土条的弧长。
i
b
——第i土条的宽度。
k
——整体稳定分项系数,应根据经验确定当无经验时可取1.3。
i
w
——作用于滑裂面上第土条的重量,按上覆土层的天然土重计算。
i
——第i土条弧线中点切线与水平线夹角。