基于能量原理的均质土坡临界坡高计算.pdfVIP

V01．39 第39卷第6期 河海大学学报(自然科学版) No．6 ofHohai NOV．加11 2011年11月 Journal University(NaturalSciences) DOI：lO．3876／j．issn．1000-1980．2011．06．019 基于能量原理的均质土坡临界坡高计算 蒋跃楠1，一，吴继敏1 (1．河海大学土木与交通学院，江苏南京210098；2．宜兴技师学院，江苏宜兴214200) 摘要：针对黏聚力较小的均质黏性土坡有可能产生沿直线滑裂面及沿对数螺旋滑裂面滑动的情 况，利用能量原理和土坡极限分析的上限定理．推导了坡顶倾斜的土坡沿直线滑裂面滑动的临界坡 高，得到黏聚力较小的黏性土均质边坡产生沿直线滑裂面的破坏，其临界坡高与坡顶面倾角口无 关，只与土体的抗剪强度C，9及密度lD和坡体倾角口相关的结论．将该结果与同类土质边坡沿对数 螺旋面滑动的临界坡高作了对比，工程实例表明该临界坡高计算法在实际工程中有一定的实用性． 关键词：均质土坡；临界坡高；直线滑裂面；对数螺旋滑裂面 中图分类号：TU431 文献标志码：A 文章编号：1000-1980(2011)06-0693—05 刚体极限平衡法是常用的边坡稳定分析方法，虽然该方法无法考虑材料的应力一应变关系，不能给出相 应的应力场和位移场，但是其概念清晰，计算简便，工程实践资料丰富．事实上，在实际工程中，人们关心的并 不是边坡失稳的整个过程，而是开始滑动那一瞬间边坡的极限承载能力或者相应的临界坡高．极限分析法中 的上限法恰好回避了工程中最不容易弄清的岩土应力一应变关系，从能量角度直接研究边坡的极限状态，因而 是一种合理而且可行的方法．对于处于极限平衡状态的边坡(包括人工边坡、自然斜坡等)，其坡度及岩土体的 物理力学性质是确定的几何物理力学参数，依据能量原理推算的临界坡高，可用来评判边坡的稳定性¨J． 根据已有的研究成果[2-3]，无黏均质土坡破坏时的滑面近似平面，在剖面上呈一条直线，通常用直线滑裂 面进行稳定性分析；黏性均质土坡，由于黏聚力的存在，破坏时滑动面是一个曲面，曲率半径上部小、中间大， 在断面上与椭圆弧相似，通常用对数螺旋滑裂面进行稳定性分析．国外一些学者经过大量的计算发现，由于 土的内摩擦角、土坡坡角、硬层的埋置深度等因素的相互影响，土坡破坏时，可能出现3种不同位置的滑动 面：坡脚滑弧、坡面滑弧和中点滑弧，如果土的内摩擦角大于30，一般产生坡脚滑弧【4j． 本文应用外功率和内能耗散率相等的原理[，6]，针对黏聚力较小的黏性均质土坡有可能产生沿直线滑裂面 滑动及沿对数螺旋滑裂面滑动的情况分别进行临界坡高的探讨，并结合实例分析土坡临界坡高的计算方法． 1均质黏性土坡的临界坡高探讨 1．1倾斜均质黏性土坡沿直线滑裂面滑动的临界坡高 由黏聚力较小的黏性土组成的均质边坡，类似无黏土坡，可以假 定滑裂面为直线面，如图l所示．当土体沿不连续直线滑裂面向下滑 动时，形成刚性楔ABD，楔体的下滑速度为t，，方向与滑裂面成9角 (土体内摩擦角)．外力所做功的功率等于土体自重形与速度t，在垂直 方向分量的乘积： 围1直线滑裂面示意图 P=骶8in(口一P)=五1n2俨2[COS(卢一口)+ ctan(O—a)sin(fl一0)]sin(fl一0)vsin(0一妒) (1) 其中单位宽度土体自重为 (2) 形=吉融成=吉Pgsin(p一∞。．HnpEc。s(卢一口)+ctan(0一口)sin(卢一口)3面H 收稿日期：2010—11-15 作者简介：蒋跃楠(19回