魯寶鋒

河北中核巖土工程有限責(zé)任公司

圖解法與極限平衡法在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用

魯寶鋒

河北中核巖土工程有限責(zé)任公司

目前邊坡穩(wěn)定分析主要方法為類比法、圖解法（極射赤平投影）、極限平衡法及有限元分析法。本文主要通過某邊坡案例進(jìn)行圖解法和極限平衡法的分析計(jì)算評(píng)價(jià)，介紹邊坡穩(wěn)定分析中圖解法和極限平衡法的應(yīng)用及總結(jié)，希望能為后續(xù)邊坡分析評(píng)價(jià)工作帶來參考。

極射赤平投影；極限平衡法；邊坡穩(wěn)定分析

1 前言

邊坡穩(wěn)定性分析主要方法為類比法、圖解法（極射赤平投影）、極限平衡法及有限元分析法，類比法及圖解法為定性分析，極限平衡法及有限元分析法為定量計(jì)算分析。通常邊坡抗滑移穩(wěn)定性計(jì)算采用剛體極限平衡法，對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡，結(jié)合采用圖解法（極射赤平投影和實(shí)體比例投影）進(jìn)行分析，當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜時(shí)，可采用有限元數(shù)值極限分析法。本文主要介紹圖解法和極限平衡法的應(yīng)用。

2 邊坡概況

某核電邊坡為原山體邊坡設(shè)計(jì)開挖，形成人工巖質(zhì)邊坡。山體巖性為熔結(jié)凝灰?guī)r，屬于堅(jiān)硬巖。表層為強(qiáng)風(fēng)化及中等風(fēng)化巖體，人工邊坡基本為微風(fēng)化巖體。

原山體邊坡山頂標(biāo)高+120.0m，原自然山體坡角約25°，開挖后人工邊坡坡腳（場坪標(biāo)高）+26.0m，人工邊坡坡頂標(biāo)高+99.0m。人工邊坡設(shè)計(jì)坡角為52°，分8個(gè)階坡，每個(gè)階段階坡高8～10m，設(shè)3m寬臺(tái)階，階段坡角63°。

現(xiàn)選取邊坡某個(gè)截面進(jìn)行圖解法及極限平衡法驗(yàn)算分析。

3 圖解法分析

對(duì)巖體節(jié)理裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，主要發(fā)育5組節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀分別為42°∠80°、72°∠62°、124°∠56°、178°∠74°、201°∠89°，；NW向節(jié)理和NE向節(jié)理為共軛剪節(jié)理（見圖1節(jié)理裂隙玫瑰花圖）。

圖1 節(jié)理裂隙玫瑰花圖

極射赤平投影可直觀地分析各種結(jié)構(gòu)面組合與邊坡坡面的空間關(guān)系，確定最不利結(jié)構(gòu)面組合，同時(shí)為穩(wěn)定性計(jì)算提供邊界條件。根據(jù)上述所列結(jié)構(gòu)面，與人工邊坡作赤平投影圖（見圖2）。

由圖可以定性判斷邊坡無整體滑動(dòng)，無楔形體滑動(dòng)，邊坡是穩(wěn)定的。

圖2 邊坡與結(jié)構(gòu)面極射赤平投影圖

4 極限平衡法

根據(jù)勘察情況及結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析，采用折線型滑面進(jìn)行計(jì)算。將計(jì)算邊坡剖面劃分為18條，其中塊體14至18都為阻滑塊體。計(jì)算模型見圖3。

圖3 極限平衡法計(jì)算剖面模型

計(jì)算參數(shù)的選?。?/p>

(1)地震峰值加速度，根據(jù)勘察報(bào)告以及核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，綜合考慮地震峰值加速度取0.15g。

(2)地震系數(shù)。根據(jù)核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，斜坡穩(wěn)定性計(jì)算的地震作用根據(jù)極限安全地震震動(dòng)確定，地震作用中的水平地震系數(shù)取0.3，豎向地震系數(shù)取0.2，水平與豎向地震力按不利方向組合考慮。

(3)巖體相關(guān)參數(shù)。根據(jù)勘察報(bào)告及地震參數(shù)的確定，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 巖土相關(guān)計(jì)算參數(shù)表

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

本計(jì)算采用極限平衡法中的折線法公式為：

N——法向壓力（kN）

φ—巖石的內(nèi)摩擦角(°)

C——巖石的內(nèi)聚力(MPa）

L——滑動(dòng)面長度(m）

T’——阻滑力(×103kN）

T——滑動(dòng)分力(×103kN）

地震力計(jì)算公式：

式中Fi——地震力(kN)；

a——地震峰值加速度（m/s2）；

K——地震系數(shù)；

mi——第i條土塊的質(zhì)量(t)。

相關(guān)參數(shù)代入公式計(jì)算得：

安全系數(shù)K＝1.502

綜上所述，在設(shè)計(jì)開挖坡度52°時(shí)，極限平衡法計(jì)算出的安全系數(shù)K＝1.502，大于《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

圖解法通過圖示比較直觀地定性判斷邊坡穩(wěn)定情況，同時(shí)可為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算提供邊界條件，極限平衡法為系統(tǒng)地定量計(jì)算分析，分析一般巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性時(shí)，結(jié)合兩種方法綜合比較分析，更能可靠的評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性。邊坡分析各種方法在實(shí)際應(yīng)用中需更進(jìn)一步地探討研究邊坡破壞機(jī)制原理，分析影響邊坡穩(wěn)定的各種影響因素，建立相對(duì)準(zhǔn)確的計(jì)算模型，以便更準(zhǔn)確的進(jìn)行計(jì)算分析。

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