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刘东泽,江俊杰,朱玉蕊.考虑边坡渐进破坏特性的新型条分法及其应用
［ 作者：刘东泽,等 点击数： 更新时间：2024-02-26 责任编辑：学报编辑部］
考虑边坡渐进破坏特性的新型条分法及其应用
刘东泽1，江俊杰2，朱玉蕊1
Research on New Strip Partition Method and Its Application Based on Progressive Damage Characteristics of Slope
LIU Dongze1， JIANG Junjie2， Zhu Yurui1
作者机构 |
1.中冶武勘工程技术有限公司，湖北 武汉 430080；2 湖北工业大学 土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430068 |
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引用本文 |
刘东泽,江俊杰,朱玉蕊.考虑边坡渐进破坏特性的新型条分法及其应用[J].黄河水利职业技术学院学报，2024，36(01)：29-35 |
中图分类号 |
TU416 |
文献标识码 |
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摘 要 |
为了分析边坡的渐进破坏过程，以剩余推力法为例，应用剪应力—应变本构模型对传统条分法进行改进。分析了新型条分法的基本原理，提出基于临界状态的滑坡稳定性评价系数。根据稳定系数的变化可以判断滑坡不同阶段的滑体稳定情况。应用新型条分法对西北地区的一个滑坡进行稳定分析，并将分析结果与监测位移对比，证明了新条分法的可行性。 |
关键词 |
剪应力—应变本构模型；新型条分法；边坡稳定性；渐进破坏；稳定分析 |
基金资助 |
国家自然科学基金项目：边坡渐进破坏理论体系及应用研究(41641027)； 国家自然科学基金项目：推移式滑坡渐进破坏模型研究(41372363)； |
作者介绍 |
刘东泽，安徽池州人，中冶武勘工程技术有限公司助理工程师，硕士，主要从事岩土与结构专业设计工作。 |
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考虑边坡渐进破坏特性的新型条分法及其应用
刘东泽1，江俊杰2，朱玉蕊1
（1.中冶武勘工程技术有限公司，湖北 武汉 430080；2 湖北工业大学 土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430068）
摘 要：为了分析边坡的渐进破坏过程，以剩余推力法为例，应用剪应力—应变本构模型对传统条分法进行改进。分析了新型条分法的基本原理，提出基于临界状态的滑坡稳定性评价系数。根据稳定系数的变化可以判断滑坡不同阶段的滑体稳定情况。应用新型条分法对西北地区的一个滑坡进行稳定分析，并将分析结果与监测位移对比，证明了新条分法的可行性。
关键词：剪应力—应变本构模型；新型条分法；边坡稳定性；渐进破坏；稳定分析
Research on New Strip Partition Method and Its Application Based on Progressive Damage Characteristics of Slope
LIU Dongze1，JIANG Junjie2，Zhu Yurui1
（1.WSGRI Engineering ＆ Surveying Incorporation Limited，Wuhan 430080，Hubei，China；2.Hubei University of Technology，Wuhan 430068，Hubei，China）
Abstract：In order to analyze the progressive damage process of slope，the shear stress-strain intrinsic structure model was used to improve the traditional strip partition method by taking the residual thrust method as an example.The improved new strip partition method can analyze the progressive damage process of slope in theoretical calculation，and put forward the evaluation coefficient of landslide stability based on the critical state，and then judge the stability of sliding body in different stages of landslide according to the change of stability coefficient.Based on the engineering examples，the specific calculation process of the new strip partition method is discussed.
Key Words：Shear stress-strain intrinsic structure model；new strip partition method；slope stability；progressive damage；stability analysis
0 引言
自1915年瑞典的彼得森提出圆弧滑动法开始，人们对边坡稳定性的研究从未停下脚步。应用圆弧滑动法进行边坡稳定分析时，没有考虑条块间的推力或只考虑条块间的水平推力，故计算结果不能完全符合实际。瑞典费伦纽斯于1927年又提出瑞典条分法。该方法计算忽略了土条间的作用力，所以不满足静力平衡条件。但由于其计算结果偏于安全，在工程上仍有广泛的应用。在随后的几十年中，瑞典条分法不断改进，但仍然有较大的缺陷［1-2］。基于此，英国专家A.W.Bishop 又提出一种更为精确的计算方法，即简化Bishop 法［3］，它也是我国规范中的主要计算方法，但后来人们在工程实际中发现，许多滑坡并不是沿着圆弧面滑动的。于是，又针对此类滑坡提出简布法与强度折减法等［4］。
传统的条分法大多是基于极限平衡法计算， 主要通过最小安全系数来反映边坡的稳定情况。随着研究的深入，诸多学者都认为边坡是一个渐进破坏过程［5-7］，传统条分法并不能反映出其渐进过程，对边坡的稳定性分析也过于单一，所以建立一种可以反映边坡渐进破坏的条分法尤为重要。笔者通过引入一种剪应力—应变本构模型，对条分法进行改进，以期反映出边坡的渐进破坏过程，为边坡的监测预警提供参考。
1 基于剪应力—应变本构模型的条分法
1.1 剪应力—应变本构模型
在传统的条分法计算中， 往往需要通过多种假定才能完成计算。对于岩土体的变形关系，大多是基于理想弹塑性模型进行分析。但是，理想弹塑性模型有一个明显的缺陷，就是当岩土体应力达到峰值后，应力趋于平衡，不再随着应变而变化。而在大量的工程实践中，岩土体表现出软化特性，并不满足这一条件。基于此，本文引入一种剪应力—应变本构模型（如图1所示），分析岩土体应力与应变的关系。从图1可以看出，在应力达到临界状态后，材料会出现软化现象。这与实际土体性质更为接近。
图1 剪应力—应变本构模型
Fig.1 Shear stress-strain intrinsic structure model
图2 边坡稳定分析条块划分图
Fig.2 Block division diagram of slope stability analysis
剪应力—应变本构模型的表达式为式（1）。
式中：τ 为剪应力，kPa；γ 为剪应变；G 为岩土体的剪切模量，kPa；p、q、ξ 为常系数。
当土体应力达到峰值后，式（1）满足式（2）所示条件。
式中：γpeak 为峰值应力状态下的应变。
计算时，认为临界状态的应变仅与法向应力有关，如式（3）所示。
式中：σn 为法向应力，Pa；a01、a02、a03 为常系数。
对于式（1）中无量纲参数ξ，结合土壤水分特征曲线可以用式（4）计算。
通过多次法向压力试验便可计算出此方程。
1.2 新型条分法
通过引入剪应力—应变本构模型，可以克服传统条分法的一些缺点。 新型条分法通过监测变形情况来反映边坡状态， 而不像传统计算方法仅仅靠折减系数来模拟边坡的破坏过程。以剩余推力法为例，对于整个边坡中任一条块正压力可表示为式（5），则其对应的正应力为式（6）。引入剪应力—应变本构模型后，摩阻应力表示为式（7），临界状态下的摩阻应力表示为式（8）。
式中：Ni 为第i 条块正压力，kN；Wi 为第i 条块重量，kN；βi 为地表竖向均布荷载，kN／m；Δi 为水平方向均布荷载，kN／m；li 为条块底边长度，m；αi 为条块底边与水平夹角，（°）。
式中：τi 为第i 条块的剪应力，kPa；γi 为第i 条块的剪应变；Gi 为剪切模量，kPa。
式中：ci 为第i 条块的黏聚力，kPa；? 为内摩擦角，（°）。
摩阻力计算式为式