瑞典圆弧法

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(一)瑞典圆弧法

又称为瑞典法,普通条分法,一般条分法,费伦纽斯法(Ordinary or Fellenius method)。

1简化条件

仅适用圆弧滑裂面;假定每一土条侧向垂直面上的作用力平行于土条底面(亦有认为是忽略土条两侧的作用力),此假定会使牛顿“作用力等于反作用力”的原理在两个土条之间得不到满足;

2坐标系和条块受力分析

①坐标系规定:滑坡体位于坐标系原点的右侧即 x ≥ 0

y

R

②典型条块受力分析

(Ⅰ)条块高度为i h ,宽度为i b ,底滑面长度为i l ,底滑面倾角为i α; (Ⅱ)条块自重为i W ;

(Ⅲ)地震力i c W K ,c K 为地震影响系数; (Ⅳ)作用于条块底部滑裂面的有效法向力i N ';

(Ⅴ)作用于条块底部滑裂面孔隙水压力的合力i i u i W U αγsec =,u γ为孔隙水压力系数;

(Ⅵ)作用于条块底部的剪切力i S ;

(Ⅶ)作用于条块界面条间力的合力i i P P 1-,平行于土条底部滑裂面; (Ⅷ)作用于条块顶部的外部荷载iy Q Q ix ,作用点(pi y x pi )。 ③ 条块参数取值及符号约定 (Ⅰ)条块底滑面倾角i α

定义条块底滑面为矢量,方向与滑体滑动方向相反,定义该矢量与正x 轴的 夹角为条块底滑面倾角i α,逆时针为正

( 为负值 )

i

if (12x x ≥) )arcsin(1

2l

y y i -=α else

i α落在二三象限,方法同垂直条分法求解

(则212212)()(y y x x l -+-=)

注意:一般情况下,i α取值范围为(2

,2π

π-

),滑面1→2落在一、四象限; 特殊情况,如滑面1→2落在二、三象限,则无法利用垂直条分法求解,此时滑面不再是单值曲线,垂直条块界面和底滑面存在二个及以上的交点,因此程序设计时要进行数据合理性检验。

(Ⅱ)水平、竖直方向荷载在条块底部滑面法线及切线方向投影

水平荷载x F :

在法线方向投影 i

x i x xn F F F ααπ

sin )

2cos(-=+=

在切线方向投影

i x xs F F αcos =

②竖直方向荷载y F :

1

2

1

2

在底滑面法线方向投影

i y F F αcos y n =

在底滑面切线方向投影

i y ys F F αsin =

适用于[]ππα,-∈i ,1→2属于1、2、3、4象限均可。

3安全系数计算公式

取条块底部法线方向力的平衡,可得

0cos )()sin )((N =-+--++'i i iy i i c ix i i W Q W K Q U αα

i

i y i x i

i i iy i i c ix i U F F U W Q W K Q --=----='ααααcos sin cos )(sin )(N

其中

i c ix x W k Q F -= , i iy y W Q F -=

条底剪切力 s

i

i i i i F l C tg N S '+''=

ϕ(其中i ϕ',i C '为有效摩擦角和有效内聚力)

根据原体力矩平衡方程,可得:

[]

0)()()()()

()()(sin 00001

1

1

1

1

=++-+-----++---+---∑∑∑∑∑-====MomToe MomCrest x x X y y E x x X y y E m x x Q y y Q y y

W K R W R S c c n c n n c n n i i n

i pi c iy pi c ix n

i mi c

i

c

n

i i

i

n i i

α

其中:(00y ,x )为1号条块端部作用力0E ,0X 作用点

(n y ,x n )为n 号条块端部作用力n E ,n X 作用点

(mi y ,x mi )为i 号条块质心坐标

所以:

[]

)

()()()()()()(sin )(F 100001

1

1

1

s

x x X y y E x x X y y E x x Q y y Q y y

W K R W R l C tg N c c n c n n c n n

i pi c iy pi c ix n

i n

i mi c

i

c

i

i

n

i i

i i

i

---+-+-------+=

'+''∑∑∑∑====αϕ

记抗滑力矩:∑=''+''=n

i i i i i r R l C tg N M 1

)(ϕ

滑动力矩:

1

1

1

0000sin ()()()()()()()n

n

n

s i i c i c mi ix c pi iy c pi i i i n c n n c n c c M W R K W y y Q y y Q x x E y y X x x E y y X x x MomCrest MomToe α===⎡⎤=+-----⎣⎦

--+-+-----∑∑∑

所以

s

r

s M M F =

当忽略端部力,地震荷载,坡面荷载,则上式退化成

i i u i i i W W N αγαsec cos -='

()[]

∑∑=='+'-=

n

i i

i

n

i i i i i i u i

i

s W l C tg W W F 1

1

sin sec cos α

ϕαγα

4关于端部力和坡面荷载的讨论

① 滑体上端部(1号条块右侧截面)

滑面顶部设置拉力缝,拉力缝高度有用户手动设定为t h ,拉力缝可以设置充