毕肖普法土坡稳定的程序计算法
土坡稳定性分析计算
土坡稳定性分析的目的和意义
土坡稳定性分析是工程地质和岩土工程领域的重要研究内容 ，其目的是预测和评估土坡在各种工况下的稳定性，为工程 设计和施工提供科学依据。
通过土坡稳定性分析，可以确定土坡的临界高度、安全系数 等参数，为土坡设计、加固和防护提供技术支持，同时也有 助于提高工程的安全性和经济性。
02土坡稳定性分析与其他学科领域的交叉 融合，如环境工程、地理信息科学等，拓展其应用领 域和应用范围。
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土坡稳定性分析计算
• 引言 • 土坡稳定性分析的基本原理 • 土坡稳定性分析的常用方法 • 土坡稳定性分析的步骤与流程 • 工程实例与案例分析 • 结论与展望
01
引言
土坡稳定性问题的重要性
01
土坡是自然和工程地质中常见的 一种现象，其稳定性直接关系到 人民生命财产安全和自然环境的 保护。
02
土坡失稳会导致滑坡、泥石流等 地质灾害，给人类社会和自然环 境带来巨大的损失和破坏。
06
结论与展望
土坡稳定性分析的重要性和应用前景
土坡稳定性分析是岩土工程领域的重要研究内容，对于保障工程安全、防止自然灾 害具有重要意义。
随着城市化进程的加速和基础设施建设的不断推进，土坡稳定性分析的应用前景将 更加广阔，涉及的领域也将更加多样化。
土坡稳定性分析可以为工程设计、施工和监测提供科学依据，提高工程的安全性和 可靠性，降低工程风险。
有限元法
总结词
有限元法是一种基于数值分析方法的土 坡稳定性分析方法，通过将土坡划分为 一系列有限元单元，模拟土坡的应力分 布和变形过程，从而确定土坡的稳定性 。
VS
详细描述
该方法考虑了土坡内部的应力分布和变形 过程，能够模拟复杂的滑裂面形状和分布 ，得到更准确的稳定性分析结果。该方法 适用于各种类型的土坡，包括非均质、不 连续、有节理的土坡。
边坡稳定性分析-毕肖普法(免费)
边坡稳定性分析本设计任务段为湖南省洞新高速K52+200～K53+400段，总长1200m ，其中填方路堤的K52+500 横断面填方高度为17.84m ，采用此断面为边坡稳定性验算对象。
如图所示，此断面顶宽为32.0m ，边坡坡度第一阶采用1：1.5，第二阶采用1:0.75 其横截面初步拟定如图1所示：路堤填土为粘土，土的粘聚力c=20kPa ，摩擦角为Ф=30°，天然容重为γ=18kN/m ， 荷载为公路-I 级。
2.1 汽车荷载当量换算将车辆荷载换算成土柱高（当量高度）。
车辆按最不利情况排列，即假设一辆车停在硬路肩上，另两辆以最小间距d=0.6m 与它并排。
按以下公式换算土柱高度为0h =BL NQ式中：N ——横向分布并列的车辆数，因为按最不利布载，中线每边各布 3 辆，取N=3；Q ——每一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN ）；L ——前后轮最大轴距，按《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）规定对于标准车辆荷载为12.8mr ——路基填料的容重；B ——荷载横向分布宽度，表示如下：B=Nb+（N-1）m+d式中：b ——后轮轮距，取1.8m ；m ——相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m ； d ——轮胎着地宽度，取0.6m则：B=Nb+（N-1）m +d =3⨯1.8+(3-1)⨯1.3+0.6=8.6m故按双向布六辆车，布满行车道时，h 0=(3×550)/(18×8.6×12.8)=0.83m2.2 简化Bishop 法求稳定系数K2.2.1 最危险圆弧圆心位置的确定以坡脚为坐标原点，按4.5H 法初定滑动圆心辅助线：（1）由表查得：1β=26°，2β =35°,以坡角为圆心将AB 线逆时针旋转26°，再以B 点为圆心，BC 为基线，旋转35°，两直线交于E 点；（2）量得坡角到路面的距离h=10.24m ，由坡角向下做垂线，量取路堤高 H=17.84+0.83=19.67m 得D 点；（3）由C 点向右引水平线，在水平线上截取4.5H=45.99m 得D 点； （4）连接点D 、E 得直线DE ，即为滑动圆心辅助线； （5）绘出五条不同的位置的滑动曲线； （6）将圆弧范围土体分成若干段；（7）算出滑动曲线每一分段中点与圆心竖曲线之间的偏角α;sin α=RX式中：X —分段中心距圆心竖直线的水平距离，圆心竖曲线左侧为负，右侧为正； R —滑动曲线半径m果列入表中，验算其稳定性如图3所示：图2-3 边坡稳定性验算简图表2-1 土坡稳定性计算表号数土条宽度hi wi ai(角度) li(弧长) mai1(k=2.62) cilicosai(2.13)1 2.27 0.829 37.6366 -8 2.2915 0.953992911 70.336743982 2.27 2.3136 105.03744 -2 2.272 0.990292527 107.05821483 2.27 3.5662 161.905484 2.3032 1.015753279 137.20986094 2.27 4.2613 193.46302 10 2.2829 1.030096495 152.0180075 2.27 4.5901 208.39054 17 2.3687 1.032576333 160.32461796 2.27 5.2926 240.28404 23 2.4649 1.022457663 179.98481997 2.27 5.6898 258.31692 30 2.6108 0.99652308 194.95401338 2.27 5.7222 259.78788 37 2.8334 0.955747674 204.20227189 2.27 4.3354 196.82716 45 3.1927 0.891763554 178.005527610 2.31 1.6386 75.70332 54 3.9277 0.799130459 112.4773268由此计算得到K1=2.12（2）同理，确定第二个过坡脚滑动面，在辅助线上做圆2，半径R2=20.28m，将结果列入表中，验算其稳定性：表2-2 土坡稳定性计算表号数土条宽度hi wi ai li mai1 cilicosai1 2.628 1.3273 69.762888 -19 6.4327 0.891463466 181.61705922 2.628 3.4498 181.321488 -11 6.5021 0.949933455 244.51994393 2.628 5.2958 278.347248 -4 6.6152 0.985973114 296.75089374 2.628 5.9664 313.593984 4 6.779 1.009159923 313.32377575 2.628 7.3718 387.461808 11 7.004 1.013358045 356.31473176 2.628 8.4127 442.171512 19 7.3105 0.999683123 393.50992797 2.628 9.0456 475.436736 27 7.7263 0.966570199 426.27780898 2.628 7.9608 418.419648 36 8.3042 0.90689968 414.4052679 2.628 5.6637 297.684072 46 9.1449 0.814517632 366.927445910 2.628 2.2057 115.931592 58 10.4242 0.671324654 264.3474134由此计算得到K2=3.47（3）确定第三个过坡脚滑动面，在辅助线上做圆3，半径R3=23.03m，将结果列入表中，验算其稳定性：表2-3 土坡稳定性计算表号数土条宽度hi wi ai li mai1 cilicosai1 2.104 0.660227.781216 -2 2.10380.99031304858.648279122 2.104 1.839177.389328 3 2.10821.01224506585.710387253 2.104 2.8247118.8633769 2.12841.028394211107.57413284 2.104 3.6107151.93825614 2.16821.033257387125.56946455 2.104 3.3817142.30193619 2.2311.030264817120.64829886 2.104 3.9268165.23974425 2.3231.016340381135.2447837 2.104 4.2114177.21571231 2.44510.991291984145.44409768 2.104 4.187 176.18896 37 2.6471 0.955393783150.67380819 2.104 3.771158.7173444 2.9404 0.90033019148.7218178 4 6 810 2.104 1.395858.735264 52 3.4365 0.82103918 92.8452343由此计算得到K3=2.217（4）确定第四个过坡脚滑动面，在辅助线上做圆4，半径R4=20.89m，将结果列入表中，验算其稳定性：表2-4 土坡稳定性计算表号数土条宽度hi wi ai li mai1 cilicosai1 2.452 1.01 49.5304 -13 2.4854 0.918693018 83.830302752 2.452 2.85 139.764 -7 2.5049 0.962376308 135.46549523 2.452 4.4007 215.81033 0 2.4534 1 173.59055934 2.452 4.9827 244.35161 7 2.4716 1.022731087 185.83065935 2.452 5.95 291.788 14 2.5226 1.030231045 210.93962226 2.452 6.8205 334.47732 21 2.6262 1.02238818 236.73228367 2.452 7.3339 359.65446 28 2.7875 0.999319293 256.92632388 2.452 7.08 347.2032 36 3.0463 0.954761666 261.46611169 2.452 4.946 242.55184 45 3.4902 0.882501249 214.539007910 2.452 1.8927 92.818008 56 4.41 0.764925535 134.5399322由此计算得到K4=2.33（5）确定第五个过坡脚滑动面，在辅助线上做圆5，半径R5=21.23m，将结果列入表中，验算其稳定性：表2-5 土坡稳定性计算表号数土条宽度hi wi ai li mai1 cilicosai1 2.371 0.9382 44.489444 -11 2.4181 0.932803467 78.413903372 2.371 2.611 123.81362 -4 2.3792 0.97971072 121.37119823 2.371 4.0163 190.452946 2 2.3737 1.00832478 156.03748164 2.371 4.6456 220.294352 8 2.3982 1.025902611 170.19893445 2.371 5.3289 252.696438 15 2.4563 1.032211663 187.22865756 2.371 6.1221 290.309982 22 2.555 1.023148395 210.02982647 2.371 6.5812 312.080504 29 2.7099 0.998847784 227.74223868 2.371 6.6392 314.830864 37 2.9532 0.952892138 240.15273259 2.371 4.6453 220.280126 45 3.3595 0.8884083 196.566207810 2.371 1.7636 83.629912 55 4.1606 0.783690768 122.517798由此计算得到K5=2.25（6）确定第五个过坡脚滑动面，在辅助线上做圆6，半径R6=21.57m，将结果列入表中，验算其稳定性：表2-6 土坡稳定性计算表号数土条宽度hi wi ai li mai1 cilicosai1 2.309 0.8719 40.264342 -9 2.35 0.947280856 73.530951522 2.309 2.425 111.9865 -3 2.3002 0.985108275 112.22850353 2.309 3.7254 172.03897 3 2.3144 1.012153572 143.74411064 2.309 4.396 203.00728 10 2.3435 1.02969082 158.58533145 2.309 4.8582 224.35168 16 2.4032 1.032521242 170.12228636 2.309 5.5732 257.37038 23 2.5007 1.02154482 190.44177887 2.309 6.0113 277.60183 29 2.6506 1.000015426 206.54500518 2.309 6.0501 279.39362 37 2.8818 0.954341624 217.16712529 2.309 4.4257 204.37883 45 3.2602 0.890111445 184.304030810 2.309 1.67 77.1206 54 3.9789 0.797240147 114.5252362 由此计算得到K6=2.232.3 最危险滑动面验算如回归图所示：结论：由《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）知粘性土稳定安全系数为=2.08 >1.35，故边坡稳定性符合要求。
边坡稳定分析的简化方法
(3.10)
式中 下标 R 和 L 分别代表土条右和左侧面相应物理量 对于一个宽度∆x 的微小土条 可视α为常量 式(2.12)可写成
′ − α + β )] = − p( x)∆x ∆[G cos(φ e
(3.11)
即可方便地导出式(3.10) 如用计算机 则常采用解析法 此时可把本法看作第一章介绍的通用条分法中只满足 力平衡方程式(2.23)的特例 STAB 程序提供了一个入口 如果使用陆军工程师团法或简化 Janbu 法 则输入一个β 值 如果使用罗厄法 输入一个控制码 即可实现滑楔法的功能 3. 4. 3 双折线滑面的计算方法 静
概述 适用范围等问题 一直受到普遍的关注 关于边坡稳定分析各种方法的计算精度
Whitman 与 Bailey 在 1967 年的文章对澄清一系列重要问题起了很好作用 近代土力学经过 几十年发展 学术界已对这些问题有了比较统一的看法 1993 年 美国土木工程师学会在 堤坝稳定分析 25 年回顾 专著中 邀请 Duncan(1996)作当代水平报告 报告对各种传统 边坡稳定分析方法的计算精度和适用范围作了以下论述 (1) 各种边坡稳定分析的图表 在边坡几何条件 容重 强度指标和孔压可以简化的情 况下可得出有用结果 其主要局限性在于使用这些图表需对上述条件作简化处理 使用图 表法的主要优点是可以快速求得安全系数 通常可先使用这些图表进行初步核算 再使用 计算机程序进行详细核算 (2) 传统瑞典法在平缓边坡和高孔隙水压情况下进行有效应力法分析时是非常不准确 的 该法的安全系数在 φ = 0 分析中是完全精确的 对于圆弧滑裂面的总应力法可得出 基本正确的结果 此法的数值分析不存在问题 (3) 毕肖普简化法在所有情况下都是精确的(除了遇到数值分析困难情况外) 其局限性 表现在仅适用于圆弧滑裂面以及有时会遇到数值分析问题 如果使用毕肖普简化法计算获 得的安全系数反而比瑞典法小 那么可以认为毕肖普法中存在数值分析问题 在这种情况 下 瑞典法的结果比毕肖普法好 基于这个原因 同时计算瑞典法和毕肖普法 比较其结 果 是一个较好的选择
毕肖普法计算土坡稳定系数课件
式（7.5.1）若以有效应力表示，则土条滑动面上的抗剪力为
T i fili cili N i tani (7.5.1)
Ks
Ks
T i fili cli N i tan ，代入上式得
Ks Ks
Ks
N i
1 mi
Wi
X i
uibi
cli Ks
s in i
mi
cosi
tan K
s
sin
i
整个滑动土体对圆心求力矩平衡：此时相邻土条之间侧壁作用力的力矩将互 相低消，而各土条滑面上的法向力的作用线通过圆心。
xi R sini
T i fili cli N i tan
Wi xi T iR 0
Ks Ks
Ks
N i
1 mi
Wi
X i
uibi
cli Ks
s in i
WiR sini
，
s
如此反复迭代，直至前后两次的Ks非常接近为止。通常只要迭代3-4次就可满足工程精度要求。
注意：
N i
1 mi
Wi
X i
uibi
cli Ks
s in i
(1) 对于为θi负值的那些土条，要注意会不会使 mi 趋近于
零。如果是这样，简化毕肖普条分法就不能使用，因为此时
Ni 会趋于无限大，这显然是不合理的。当任一土条的 mi 小于或等于0.2时，计算就会产生较大的误差，此时最好采用
（若令Xi 0, 所产生的误差仅为1%）
计算时：
(1)首先假定Ks
1 ，按式(7.6.4)：mi
cosi
tan K
s
sin
i
,计算mi；
(2)按式（7.6.7）：Ks
第七章 土坡稳定计算
第七章 土坡稳定计算
第一节 条分法的基本概念
第 i 条土的作用力
条分法中的力和求解条件
未知量：5n-2个
求解条件（方程）：共3n个 Wi 如土条极薄
Xi+1
Q
Ei zi Xi
Ei+1 zi+1 Ni
土条底部合力作用点
未知量减少n个
近似认为作用于土条底部中点
Ti
未知量仍多n-2个
第七章 土坡稳定计算
一、瑞典圆弧滑动法基本概念
如经土条底部中点M等势线与地下水面交于N：
若地下水面平行滑裂面 土条很薄
bi li cos i
hwi cili bi ( h1i m h2i w cos2 ) cos itgi i Fs bi ( h1i m h2i ) sin i
第二节
最简单的条分法：瑞典圆弧滑动法
二、最危险滑弧位置的确定 张天宝对土坡最危险滑弧位置变化规律的分析: 坡高和坡比一定时，最危险的滑弧位置的变化规律： ⑴滑弧圆心横坐标X随S的增加而增加 理想砂土：最危险滑面与坡面重合的平面 纯粘性土：最危险滑弧在无限深处 ⑵最危险滑弧圆心位置随s变化的轨迹：
Ni
共n个 1个
未知数合计=2n+3(n-1)+1=5n-2
第七章 土坡稳定计算
第一节 条分法的基本概念
第 i 条土的作用力
条分法中的力和求解条件
未知量：5n-2个 求解条件（方程）：。 水平向静力平衡条件： Xi+1 Wi x=0 共n个 Ei+1 Ei 垂直向静力平衡条件： Q zi+1 zi y=0 共n个 Xi 力矩平衡条件： Ti Ni M0 =0 共n个 共3n个 未知数的数目超过了方程的数目 是一个高次超静定问题
边坡稳定性计算方法
将（ 9 － 9 ）式代科（ 9 － 8 ）式则有
令
（9-10）
则
(9-11)
考虑整个滑动土体的极限平衡条件，些时条间力Pi 和Hi 成对出现，大小相等、方向相反，相互抵消。因此只有重力Wi 和切向力Ti 对圆心产生力矩，由力矩平衡知
(9-12)
将（ 9 － 11 ）式代入（ 9 － 9 ）式再代入（ 9 － 12 ）式，且di =Rsinθi ，此外，土条宽度不大时，bi =licosθi ，经整理简化可行毕肖普边坡稳定安全系数的普遍公式
试算时，可先假定Fs ＝ 1.0 ，由图 9 － 6 查出各θi 所对应的值。代入（ 9 － 14 ）式中，求得边坡的安全系数Fs ′。若Fs ′与Fs 之差大于规定的误差，用Fs ′查mθi ，再次计算出安全系数Fs 值，如是反复迭代计算，直至前后两次计算出安全系数Fs ′值，如是反复迭代计算，直至前后两次计算的安全系数非常接近，满足规定精度的要求为止。通常迭代总是收敛的，一般只要 3 ～ 4 次即可满足精度。
沿边坡长度方向截取一个单位长度作为平面问题分析。
图9-1 砂性边坡受力示意图
已知滑体ABC重W，滑面的倾角为α，显然，滑面AC上由滑体的重量W=γ（ΔABC）产生的下滑力T和由土的抗剪强度产生的抗滑力Tˊ分别为：
T=W · sina
和
则此时边坡的稳定程度或安全系数 可用抗滑力与下滑力来表示，即
为了保证土坡的稳定性，安全系数Fs 值一般不小于 1.25 ，特殊情况下可允许减小到 1.15 。对于C=0 的砂性土坡或是指边坡，其安全系数表达式则变为
Fellenius 假定不计条间力的影响，就是将土条两侧的条件力的合力近似地看成大小相等、方向相反、作用在同作用面上。实际上，每一土条两侧的条间力是不平衡的，但经验表明，土条宽度不大时，在土坡稳定分析中，忽略条间力的作用对计算结果的影响不显著。
[整理]6土坡稳定分析
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第6章 土坡稳定分析内容提要：本章主要介绍土坡稳定分析常用的几种方法，包括土坡滑动失稳的机理，砂性土土坡及均质粘土土坡的整体稳定分析方法和土坡稳定分析的条分法,并给出了相应的算例。
学习目的：能根据给定的边坡高度、土的性质等设计出合理的边坡断面；能验算拟定的边坡是否安全、合理；能对自然边坡进行稳定性分析与安全评价。
第一节 概 述土坡可分为天然土坡和人工土坡。
天然土坡是指由地质作用形成的山坡和江河湖海的岸坡，人工土坡是指因人类平整场地、开挖基坑、开挖路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡，其简单外形和各部名称如图。
图6-1 边坡各部分名称 一、土坡的滑动破坏形式根据滑动的诱因，可分为推动式滑坡和牵引式滑坡，推动式滑坡是由于坡顶超载或地震等因素导致下滑力大于抗滑力而失稳，牵引式滑坡主要是由于坡脚受到切割导致抗滑力减小而破坏；根据滑动面形状的不同，滑坡破坏通常有以下两种形式： ⑴滑动面为平面的滑坡，常发生在匀质的和成层的非均质的无粘性土构成的土坡中；⑵滑动面为近似圆弧面的滑坡，常发生在粘性土坡中。
二、土坡滑动失稳的机理土坡滑动失稳的原因一般有以下两类情况：（l ）外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态。
如基坑的开挖，由于地基内自身重力发生变化，又如路堤的填筑、土坡顶面上作用外荷载、土体内水的渗流、地震力的作用等。
（2）土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏。
滑坡的实质是土坡内滑动面上作用的滑动力超过了土的抗剪强度。
土坡的稳定程度通常用安全系数来衡量，它表示土坡在预计的最不利条件下具备的安全保障。
土坡的安全系数为滑动面上的抗滑力矩r M 与滑动力矩M 之比值，即M M K r /= (或是抗滑力f T 与滑动力T 之比值．即T T K f /=)；或为土体的抗剪强度f τ与土坡最危险滑动面上产生的剪应力τ的比值。
即：ττ/f K =，也有用内聚力、内摩擦角、临界高度表示的。
对于不同的情况，采用不同的表达方式。
简化毕肖普公式推导(水平向力平衡法)
简化毕肖普公式推导（水平向力平衡法）毕肖普（Bishop A N）于1955年提出一个考虑土条侧面力的土坡稳定性分析方法，简称毕肖普法，毕肖普法的土坡稳定一般计算公式不能求解，为此毕肖普假定条块间只有水平作用力，而不存在切向力，从而导出土坡稳定简化计算公式，即所谓简化毕肖普法。
简化毕肖普法是在瑞典条分法的基础上改进得来，其适用于圆弧形滑动面，并从抗滑力进行折减的角度出发，为隐式解，该方法有很高的的准确性，已得到国内外的公认。
简化毕肖普法在我国应用极其广泛，建筑、水利、公路等行业中都将其视为土质边坡稳定性系数的主要计算方法。
现行规范中，如《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）、《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2020）、《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）等均可见简化毕肖普法的身影，我国广大工程技术人员也积累了极其丰富的相关工程经验。
在我国现行土力学教材中，简化毕肖普法也普遍得以详细介绍，尤其是清华大学版《土力学》（第2版）所编内容质量较好，在业界广为流行。
清华大学所编《土力学》（第2版）P266页中所述“与瑞典条分法相比，简化毕肖普法是在不考虑条块间切向力的前提下，满足力多边形闭合条件，就是说，隐含着条块间有水平向力的作用，虽然在竖向力平衡条件的公式中水平作用力未出现”，故该书是基于条块的竖向力平衡条件和滑体的整体力矩平衡条件推导出简化毕肖普公式的，而没有直接从条块的水平向力平衡条件着手导出公式，没能直接体现出水平向力的存在，这令很多初学者感到困惑，对简化毕肖普法感到难以理解。
基于这一点，本文将直接从条块的水平向力平衡条件出发，尝试推导简化毕肖普公式，作为清华大学版《土力学》（第2版）7.3.4节的补充，以便读者更容易理解简化毕肖普法。
同时，本文也将重点对简化毕肖普法的有关特点进行总结，具体详见下面所述。
从滑动土体ABC中取任意土条i进行静力分析，作用在土条i上的力及其作用点如下图1-1所示。
关于土坡稳定的分析
关于土坡稳定的分析在工程建设中常常会遇到土坡稳定的问题，土坡包括天然土坡和人工土坡。
天然土坡是指自然形成的土坡和江河湖海的岸坡，人工土坡则是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路基、土坝形成的边坡。
边坡由于失去稳定性就会发生滑坡，边坡塌滑是一种常见的工程现象，通常称为“滑坡”。
土坡滑动失稳的原因主要有两种，一种是外界力的作用破坏了土体原来的应力平衡状态；一种是土体的抗剪强度由于外界各种因素的作用而降低，从而使得土体的稳定性降低，使土体发生失稳。
滑坡的实质是土体在滑动面上作用的滑动力超过了土体的抗剪强度。
土坡的稳定程度用安全系数来衡量，土坡的安全系数可表示为滑动面上的抗滑力矩和滑动力矩之比，即：或者是抗滑力与滑动力之比，即：或者是实有的抗剪强度与土坡中最危险滑动面上产生的剪应力的比值，即：，也有用粘聚力、摩擦角、临界高度表示的。
所有的表达方式只是在不同的情况下为了应用方便而提出的。
在无黏性土坡的稳定性分析中，破坏时滑动面大多近似为平面，因此在分析无黏性土坡的稳定性时，一般均假定滑动面是平面，如图1.1所示。
此时土坡滑动稳定安全形式为：。
对于黏聚力的均质无黏性土坡，当时，滑动稳定安全系数最小，也即土坡坡面的一层土是最容易滑动的。
（其中，为AC的倾角，为坡角，为内摩擦角）。
这表明对于的均质无黏性土坡稳定性与坡高无关，而仅与坡角有关，只要坡角小于土的内摩擦角（<），>1，则无论土坡多高在理论图1.1上都是稳定的。
=1表明土坡处于极限状态，即土坡坡角等于土的内摩擦角。
在黏性土坡的稳定性分析中，由于黏聚力的存在，粘性土土坡不会像无黏性图土坡那样沿坡面表面滑动，黏性土坡危险滑动面会深入土体内部。
黏性土坡的滑动和当地的工程地质条件有关，其实际滑动面位置总是发生在受力最不利或者土性最薄弱的位置。
在非均质土层中，如果土坡下面有软弱层，则滑动面很大程度上通过软弱层，形成曲折的复合滑动面。
基于极限平衡理论可以推导出，均质黏性土坡发生滑动时，滑动面形状近似于圆柱面，在断面上呈现圆弧形。
（完整版）土坡稳定性计算
（完整版）土坡稳定性计算第九章土坡稳定分析土坡就是具有倾斜坡面的土体。
土坡有天然土坡，也有人工土坡。
天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。
本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法，学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。
第一节概述学习土坡的类型及常见的滑坡现象。
一、无粘性土坡稳定分析学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。
要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程，坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。
二、粘性土坡的稳定分析学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。
要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。
三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法学习稳定渗流期、施工期、地震期边坡稳定分析方法。
四、土坡稳定分析讨论学习讨论三个问题：土坡稳定分析中计算方法问题、强度指标的选用问题和容许安全系数问题。
第二节基本概念与基本原理一、基本概念1．天然土坡(naturalsoilslope)：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。
2．人工土坡(artificialsoilslope)：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土坡。
3．滑坡(landslide)：土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移，以至丧失原有稳定性的现象。
4．圆弧滑动法(circleslipmethod)：在工程设计中常假定土坡滑动面为圆弧面，建立这一假定的稳定分析方法，称为圆弧滑动法。
它是极限平衡法的一种常用分析方法。
二、基本规律与基本原理（一）土坡失稳原因分析土坡的失稳受内部和外部因素制约，当超过土体平衡条件时，土坡便发生失稳现象。
1．产生滑动的内部因素主要有：（1）斜坡的土质：各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等，遇水后软化，使原来的强度降低很多。
边坡稳定计算书
路基边坡稳定性分析本设计计算内容为广西梧州绕城高速公路东段k15+400～k16+800路段中出现的最大填方路段。
该路堤边坡高22m，路基宽26m，需要进行边坡稳定性验算。
1.确定本设计计算的基本参数本段路段路堤边坡的土为粘性土，根据《公路路基设计规范》，取土的容重γ=18.5kN/m³，粘聚力C=20kpa，内摩擦角C=24º，填土的内摩擦系数ƒ=tan24º=0.445。
2.行车荷载当量高度换算高度为:25500.8446(m)5.512.818.5NQhBLλ⨯===⨯⨯h0—行车荷载换算高度；L—前后轮最大轴距，按《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）规定对于标准车辆荷载为12.8m；Q—一辆车的重力（标准车辆荷载为550kN）；N—并列车辆数，双车道N=2，单车道N=1；γ—路基填料的重度（kN/m3）；B—荷载横向分布宽度，表示如下：(N1)m dB Nb=+-+式中：b—后轮轮距，取1.8m；m—相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m；d—轮胎着地宽度，取0.6m。
3. Bishop法求稳定系数K3.1 计算步骤：（1）按4.5H 法确定滑动圆心辅助线。
由表查得β1=26°，β2 =35°及荷载换算为土柱高度h0 =0.8446(m),得G点。
a .由坡脚A 向下引竖线，在竖线上截取高度H=h+h0（h 为边坡高度，h0 为换算土层高）b.自G 点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得E 点。
根据两角分别自坡角和左点作直线相交于F 点，EF 的延长线即为滑动圆心辅助线。
c.连接边坡坡脚A 和顶点B ，求得AB 的斜度i=1/1.5，据此查《路基路面工程》表4-1得β1,β2。
图1(4.5H 法确定圆心)（2）在CAD 上绘出五条不同的位置的滑动曲线 （3）将圆弧范围土体分成若干段。
（4）利用CAD 功能读取滑动曲线每一分段中点与圆心竖曲线之间的偏角αi (圆心竖曲线左侧为负，右侧为正)以及每分段的面积S i 和弧长L i ； （5）计算稳定系数：首先假定两个条件：a,忽略土条间的竖向剪切力X i 及X i+1 作用；b,对滑动面上的切向力T i 的大小做了规定。
堤防整体稳定计算书-个人例子分享
堤防整体稳定计算书-个人例子分享1.1 堤防整体稳定计算（1）计算方法根据《堤防工程设计规范》GB50286-2013进行抗滑稳定计算。
计算软件采用河海大学开发的AUTOBANK7.0水工结构分析系统。
计算方法为简化毕肖普法，计算公式如下：[]{}∑∑+±'+'+'-±=]/sin )[()/tan tan 1/(sec tan sec sec )(R M a V W K a a b c a ub a V W K C式中：K ——土坡稳定安全系数W ——土条重。
V ——垂直地震惯性力（V 向上为负，向下为正） u ——作用于土条底面的孔隙压力（KN/m 2）α——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（°）b ——土条的宽度''、c ——土条底面的有效凝聚力（KN/m 2）和有效内摩擦角（°）Mc ——水平地震惯性力对圆心的力矩（KN ?m ）R ——圆弧半径（m ）（2）计算工况水位组合根据《堤防工程设计规范》，并结合工程情况和水文条件，本工程按施工期、正常运行期、水位骤降期三种工况进行整体稳定分析计算。
施工期工况临水坡水位一般为常水位，堤后一般采用地下水位；正常运行期临水侧取设计洪水位，背水侧取地表高程；水位降落期工况临水侧取骤降36h 的水位，背水侧取地表水位。
（3）计算断面选取某河道堤岸结构型式主要分拓浚式斜坡式复合、回填河道直斜复合式断面两种。
本次堤防稳定计算选取各典型断面进行整体稳定分析。
根据本阶段地质提供的资料，选取8个典型断面和最不利断面进行计算。
（4）各土层物理力学指标a.地质指标取用分析根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），在计算正常运行期、水位骤降期工况的安全系数时，采用建议值的固结快剪指标。
施工期采用总应力法，对应使用快剪指标。
在计算中，根据地质提供的快剪建议值计算，对于由Ⅲ3层淤泥和Ⅲ1层淤泥质粉质粘土控制的土层堤防设计断面安全系数很难达到1.0以上，由于本工程为拓浚河道，堤顶增加土体荷载较小，相对对地面以下土体扰动很小，原有土体大多仍保持原有饱和固结状态，施工期若采用快剪建议值指标，很多断面的安全系数都在0.7、0.8左右，需在设计断面基础上再退堤20m 甚至更远增加综合坡比，或采用地基处理措施，安全系数才能达到1.0以上，这会使工程的投资增大很多以及对征地等政策处理造成困难，计算采用快剪指标是不合适的。
(完整版)土坡稳定性分析
第七章土坡稳定性分析第一节概述土坡就是由土体构成、具有倾斜坡面的土体，它的简单外形如图7-1所示。
一般而言，土坡有两种类型。
由自然地质作用所形成的土坡称为天然土坡，如山坡、江河岸坡等；由人工开挖或回填而形成的土坡称为人工土(边)坡，如基坑、土坝、路堤等的边坡。
土坡在各种内力和外力的共同作用下，有可能产生剪图7-1 土坡各部位名称切破坏和土体的移动。
如果靠坡面处剪切破坏的面积很大，则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象，称为滑坡。
土体的滑动一般系指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。
除设计或施工不当可能导致土坡的失稳外，外界的不利因素影响也触发和加剧了土坡的失稳，一般有以下几种原因：1．土坡所受的作用力发生变化：例如，由于在土坡顶部堆放材料或建造建筑物而使坡顶受荷。
或由于打桩振动，车辆行驶、爆破、地震等引起的振动而改变了土坡原来的平衡状态；2．土体抗剪强度的降低：例如，土体中含水量或超静水压力的增加；3．静水压力的作用：例如，雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，从而促进土坡产生滑动。
因此，粘性土坡发生裂缝常常是土坡稳定性的不利因素，也是滑坡的预兆之一。
在土木工程建筑中，如果土坡失去稳定造成塌方，不仅影响工程进度，有时还会危及人的生命安全，造成工程失事和巨大的经济损失。
因此，土坡稳定问题在工程设计和施工中应引起足够的重视。
天然的斜坡、填筑的堤坝以及基坑放坡开挖等问题，都要演算斜坡的稳定性，亦既比较可能滑动面上的剪应力与抗剪强度。
这种工作称为稳定性分析。
土坡稳定性分析是土力学中重要的稳定分析问题。
土坡失稳的类型比较复杂，大多是土体的塑性破坏。
而土体塑性破坏的分析方法有极限平衡法、极限分析法和有限元法等。
在边坡稳定性分析中，极限分析法和有限元法都还不够成熟。
因此，目前工程实践中基本上都是采用极限平衡法。
极限平衡方法分析的一般步骤是：假定斜坡破坏是沿着土体内某一确定的滑裂面滑动，根据滑裂土体的静力平衡条件和莫尔—库伦强度理论，可以计算出沿该滑裂面滑动的可能性，即土坡稳定安全系数的大小或破坏概率的高低，然后，再系统地选取许多个可能的滑动面，用同样的方法计算其稳定安全系数或破坏概率。
简布条分法和毕肖普法的改进及在实际中的应用
简布条分法和毕肖普法的改进及在实际中的应用毕肖普法是土坡稳定分析考虑土条间相互作用力的圆弧滑动分析法。
1955年由学者毕肖普(Bishop，A.W.)提出，故名。
此法仍然是基于极限平衡原理，把滑裂土体当作刚体绕圆心旋转，并分条计算其滑动力与抗滑力，最后求出稳定安全系数，计算时考虑了土条之间的相互作用力，是一种改进的圆弧滑动法。
毕肖普法简介瑞典法，又称瑞典条分法。
不考虑土条间相互作用，用圆弧滑动分析法进行土坡稳定计算的方法。
圆弧滑动分析法中最古老最简单的一种方法，1916年首先由瑞典人彼德森提出，此法根据极限平衡原理，计算时不考虑土条之间的相互作用力。
毕肖普法是毕肖普(Bishop)提出的考虑了条间力的作用对瑞典法进行修正的方法。
瑞典法没有考虑土条之间力的作用。
因此，对每一土条力和力矩的平衡条件是不满足的，只满足整个土体的力矩平衡。
1955年毕肖普考虑了条间力的作用，并假定土条之间的合力是水平的，导得的安全系数表达式为其中为水平地震力，到圆滑圆心的竖向距离为。
瑞典条分法与简化毕肖普法有很多相似点，二者计算原理均是假定滑动面为圆弧，且滑面为连续面；在公式推导过程中，均采用极限平衡分析条分法，假定滑坡体和滑面以下的土条均为不变形的刚体，并且其稳定安全系数以整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义，或者以滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩M之比来定义。
瑞典条分法不考虑土条之间的相互作用力，不满足每一土条的力及力矩平衡条件，仅满足整体力矩平衡条件，计算中运用了土条i的法向静力平衡条件、库仑强度理论、整体对滑弧圆心的力矩平衡。
简化的毕肖普法在公式推导过程中使用了竖向力平衡的原理和力矩平衡原理，但公式推导后，又忽略竖向力，这是毕肖普法与瑞典条分法最本质的区别。
毕肖普法边坡稳定性滑坡是常见的地质灾害，对人民的生命财产带来巨大的损失和威胁。
在山区，滑坡发生时，大块体的滑动土体会导致河道的堵塞、对库区产生巨大的涌浪，严重威胁下游的航道和下游人民的生命财产安全。
毕肖普法确定高边坡填石路堤稳定安全系数
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ Ｉ ＴＥＣｎ 瓜 Ｅ
ＶｏＬ３ ． ３ ４ Ｎｏ ３
Ｎ ｖ ２ ０ ｏ ． ０８
・２ ３ ・ ８
文章编号 ：０９６２ ｛０８ ３ ．２ ３０ １０ —８５ ２０ ）３０ ８—２
边坡稳定性分析按其 理论基础 和分 析原理大 致分为 ：） 限 １极 平衡分析法 ；） 限分析法 ； ） ２极 ３ 随机理论分 析法 ； ） ４ 数值 分析法 ， 包 括有 限元法 、 边界法 、 有限差 分法 、 不连续变形法 （ 【 和数值流行 Ｄ） Ａ）
图 １ 瑞典条 分法
若 土坡 的稳定安全系数为 ， 则土条 ｉ 滑动 面上 的抗 剪强度
中 图分 类 号 ： ４ ６ １ １ １ ．２ ５ 文献标识码 ： Ａ Ｗ 一Ｘ ＋Ｋ ＋ 一ｔ ｓ ａ — ０ｓｉ ， １ ｉ ｏ ＝０ ｎ ａ
公路路堤具有 倾斜坡 面 ， 当由于各种 自然 因素的作用 或人 为 因素的作用而破坏 了路堤 的力学平 衡时 ， 坡就要 沿着其 中某一 边 滑动面发生滑 动 ， 工程 中称这一 现象为 滑坡。所谓边 坡 的稳 定性 分析就是用土力学 的理论来研究发生 滑坡时滑动面 可能的位置 和
＝ ＝
古（ ｔ 仇十 ｉ ａ ￣ｉ ｎ ｌ ）
（） ２
其 中 ， 分别 为滑 动面上的粘聚力及 内摩擦角 。 Ｃ， 将式 （ ） ２ 代入式 （ ） ： １得
２ 边坡稳定性分析计算方法
暂参照填土路堤的规定 ， 同时 按圆弧滑 动面和 任意滑 动面 分 别进行极 限平衡 分析 ， 最小值 。按 圆弧滑 动面假定 进行极 限平 取 衡分析的方法有瑞典条分法 、 肖普法等。 毕 用条分法分析土坡稳定 性问题 时 ， 任一 土条 的受力情 况是一 个静不定问题 。为 了解决这 一 问题 ，ｄｍｎｕ 的简单 条分 法 即瑞 Ｆｌ ｉ ｓ 典条分法假定不考虑土条间的相 互作用力 。一般说 这样 得到 的稳
毕肖普法3
山区一些土坡往往覆盖在起伏变化的岩基面上，土坡失稳多数沿这些界面发 生，形成折线滑动面，对这类土坡的稳定分析可采用不平衡推力传递法。
按折线滑动面将滑动土体分成条块，而假定条间力的合力与上一个土条平衡， 然后根据力的平衡条件，逐条向下推求．直至最后一条土条的推力为零。
对任一土条，取垂直与平行土条底面方向力的平衡，有：
N i Wi cosi pi 1 sini 1 i 0
T i pi Wi sin i pi 1 cosi1 i 0
根据安全系数定义和莫尔——库仑破坏准则，有： c l N i第i个土条的pi 平行于第i个土条的底面
毕肖普法土坡稳定的程序计算法
毕肖普法土坡稳定的程序计算法姓名：翟慧君学号：63085217007毕肖普法是由毕肖普( A. W. Bish op, 19 55 ) 提出的进行土坡稳定分析的一种方法。
我们知道瑞典条分法在进行土坡稳定分析的时候, 不考虑相邻土条间作用力的相互影响。
一般说这样得到的稳定安全系数可能偏低10% ~ 20% , 而且这种误差随着滑弧圆心角和孔隙水应力的增大而增大, 严重时可使算出的安全系数比其它较严格的方法的结果小一半。
而毕肖普法考虑了土条侧面的作用力, 并且假定各土条底部滑动面上的安全系数均相同, 即等于整个滑动面的平均安全系数。
因此毕肖普法是比较合理的土坡稳定分析方法。
在土坡稳定安全系数的计算中, 由于滑动圆弧的圆心和半径都是任意假定的, 计算出的安全系数不一定是最小的安全系数, 所以需要多次试算, 假定多个滑裂面才能找到计算土坡的最小安全系数。
这就使得求解过程虽然不复杂, 但计算量很大的土坡稳定安全系数的计算需要花费大量的时间, 因此人们的视线自然而然的转向了利用计算机来缩短计算时间这个方向。
这样的环境之下, 考虑到窗口界面已成为程序设计的基本要求, 优选visual- basic语言计算土坡的稳定安全系数。
本程序不需要输入公式, 只要输入土体容重、内摩擦角、凝聚力、土坡高度、土条宽度、坡脚等一些参数, 即可计算出土坡的最小安全系数。
1 计算原理如图1 所示, 假定滑动面为一圆心为O, 半径为R 的圆弧。
任一土条中, 其上的作用力有土条自重Wi , 土条底部的总法向力Ni 和总切向力T i、条块间的法向力Ei 、Ei+ 1 和切向力Xi 、X i + 1。
共有7 个未知力。
为使问题求解, 毕肖普假定可忽略土条间的切向力的作用。
1. 1 滑动面圆心位置的确定滑动面圆心位置的确定采用费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的方法。
如图所示: D 点的位置距坡脚A 点的水平距离为4 . 5 H, 竖直距离为H。
毕肖普法
毕肖普法一、毕肖普法的计算公式 毕肖普考虑了条间力的作用，并按照式（7—1）关于安全系数的定义，在1955年提出了一个安全系数计算公式。
如图7—6所示，i E 及i X 分别表示法向及切向条间力，i W 为土条自重，i Q 为水平作用力，i N 、i T 分别为土条底部的总法向力（包括有效法向力及孔隙应力）和切向力，其余符号见图。
根据每一土条垂直方向力的平衡条件有0cos sin 1=---++i i i i i i i N T X X W αα或 i i i i i i i T X X W N ααsin cos 1--+=+ （7—12） 按照安全系数的定义及摩尔—库伦准则，i T 可用式（7—3）表示，代入式（7—12），求得土条底部总法向力为：()is i i i s i i i i i i i m F tg l u F l c X X W N ααϕα1sin sin 1⎥⎦⎤⎢⎣⎡'+'--+=+ （7—13） 式中 s i i i i F tg m αϕααsin cos '+= （7—14） 在极限平衡时，各土条对圆心的力矩之和应当为零，此时条间力的作用将相互抵消，因此，得∑∑∑=+-0ii i i i e Q R T x W （7—15） 将式（7—3）、（7—13）代入式（7—15），且i i R x αsin =，最后得到安全系数的公式为()[]{}∑∑∑+'-+-+'=+R e Q W tg X Xb u W bc m F ii i i i i i i i i i i i s αϕαsin 11 (7—16） 式中，i X 及1+i X 是未知的，为使问题得解，毕肖普又假定各条之间的切向条间力均略去不计，也就是假定条间力的合力是水平的，这样式（7—16）可简化成()[]∑∑∑+'-+'=Re Q W tg b u W b c m F i i i i i i i i i i i s αϕαsin 1 （7—17） 这就是国内外使用相当普通的简化毕肖普法，因为在a m 内也有s F 这个因子，所以在求s F 时要进行试算。
土坡稳定性计算计算书
土坡稳定性计算书计算依据：1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-20122、《建筑施工计算手册》江正荣编著3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著5、《地基与基础》第三版计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。
本计算书采用毕肖普法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还同时考虑了土条两侧面的作用力。
一、参数信息:基本参数：-根据土坡极限平衡稳定进行计算。
自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。
将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，该土条上存在着:1、土条自重W i，2、作用于土条弧面上的法向反力N i，3、作用于土条圆弧面上的切向阻力或抗剪力Tr i，4、土条弧面上总的孔隙水应力U i，其作用线通过滑动圆心，5、土条两侧面上的作用力X i+1，E i+1和X i，E i。
如图所示：当土条处于稳定状态时，即Fs>1,上述五个力应构成平衡体系。
考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足≥1.35的要求。
三、计算公式:K sj=∑(1/mθi)(cb i+γb i h i+qb i tanφ)/∑(γb i h i+qb i)sinθimθi=cosθi+1/F s tanφsinθi式子中：F s --土坡稳定安全系数；c --土层的粘聚力；γ --土层的计算重度；θi --第i条土到滑动圆弧圆心与竖直方向的夹角；φ --土层的内摩擦角；-b i --第i条土的宽度；h i --第i条土的平均高度；h1i --第i条土水位以上的高度；h2i --第i条土水位以下的高度；q --第i条土条上的均布荷载γ' --第i土层的浮重度其中，根据几何关系，求得hi为：h1i=h w-{(r-h i/cosθi)×cosθi-[rsin(β+α)-H]}式子中：r --土坡滑动圆弧的半径；l0 --坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度；α --土坡与水平面的夹角；h1i的计算公式:h1i=h w-{(r-h i/cosθi)×cosθi-[rsin(β+α)-H]}当h1i≥ h i时，取h1i = h i；当h1i≤0时，取h1i = 0；h2i的计算公式：h2i = h i-h1i；h w --土坡外地下水位深度；θi=90-arccos[((i-0.5)×b i-l0)/r]四、计算安全系数:将数据各参数代入上面的公式，通过循环计算，求得最小的安全系数K sjmin：------------------------------------------------------------------------------------计算步数安全系数滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m)第1步 1.353 29.594 -0.324 7.247 7.255示意图如下：--------------------------------------------------------------------------------------计算结论如下：第1 步开挖内部整体稳定性安全系数K sjmin= 1.353>1.350 满足要求! [标高-4.900 m]。
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毕肖普法土坡稳定的程序计算法
姓名：翟慧君学号：63085217007
毕肖普法是由毕肖普( A. W. Bish op, 19 55 ) 提出的进行土坡稳定分析的一种方法。
我们知道瑞典条分法在进行土坡稳定分析的时候, 不考虑相邻土条间作用力的相互影响。
一般说这样得到的稳定安全系数可能偏低10% ~ 20% , 而且这种误差随着滑弧圆心角和孔隙水应力的增大而增大, 严重时可使算出的安全系数比其它较严格的方法的结果小一半。
而毕肖普法考虑了土条侧面的作用力, 并且假定各土条底部滑动面上的安全系数均相同, 即等于整个滑动面的平均安全系数。
因此毕肖普法是比较合理的土坡稳定分析方法。
在土坡稳定安全系数的计算中, 由于滑动圆弧的圆心和半径都是任意假定的, 计算出的安全系数不一定是最小的安全系数, 所以需要多次试算, 假定多个滑裂面才能找到计算土坡的最小安全系数。
这就使得求解过程虽然不复杂, 但计算量很大的土坡稳定安全系数的计算需要花费大量的时间, 因此人们的视线自然而然的转向了利用计算机来缩短计算时间这个方向。
这样的环境之下, 考虑到窗口界面已成为程序设计的基本要求, 优选visual- basic语言计算土坡的稳定安全系数。
本程序不需要输入公式, 只要输入土体容重、内摩擦角、凝聚力、土坡高度、土条宽度、坡脚等一些参数, 即可计算出土坡的最小安全系数。
1 计算原理
如图1 所示, 假定滑动面为一圆心为O, 半径为R 的圆弧。
任一土条中, 其上的作用力有土条自重Wi , 土条底部的总法向力Ni 和总切向力T i、条块间的法向力Ei 、Ei+ 1 和切向力Xi 、X i + 1。
共有7 个未知力。
为使问题求解, 毕肖普假定可忽略土条间的切向力的作用。
1. 1 滑动面圆心位置的确定
滑动面圆心位置的确定采用费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的方法。
如图所示: D 点的位置距坡脚A 点的水平距离为4 . 5 H, 竖直距离为H。
O 点的位置为从坡顶和坡底引出的与坡边坡和坡顶分别成B 1, B 2 的两条直线的交点。
最危险滑弧的圆心在D O 直线的延长线附近。
圆心O1, O 2, , 对应的圆弧分别求得稳定安全系数K 1, K 2, , , 绘出K 值曲线可得到最小安全系数值K m i n, 其相应的圆心O min 即为最危险滑
动面的圆心。
考虑到土坡的最危险滑动面圆心位置有时可能在DO 直线的之外, 因此通过O min 点作DO 线的垂线, 在垂线上取几个点试算滑动面的圆心Oc 1、O c 2,, , 并计算稳定安全系数Kc 1、Kc 2, ,, 绘得Kc 值曲线, 最小的安全系数( Kc m i n) 的对应的圆心, 才是最危险滑动面的圆心。
1. 2 土坡稳定安全系数的推求
确定了圆心位置之后, 如图1 所示, 根据任一土条i 上的竖向力的平衡条件可得:
N i cos A i = Wi - T i sin A i ( 1）
假定土坡的稳定安全系数为K , 则i 土条滑动面上的实际产生的抗剪强度为
将公式( 2)代入公式( 1 ) 得:
按滑动体对圆心的力矩的平衡有:
将公式( 2) , ( 3) 代入( 4) 整理后可得:
其中
公式( 5) 为简化的毕肖普法计算土坡稳定安全系数公式。
由于式中MH i 也含有K 值, 因此公式( 5)须用叠代法求解, 即先假定一个K 值, 按公式( 6) 求得M H i 的值, 代入公式( 5) 求出K 值, 若此K 值与假定不符, 则用此K 值重新计算M H i 求得新的K 值, 如此反复叠代, 直至假定的K 值与求得的K 值相近为止。
2 计算机程序的编制及流程
程序采用的编程环境是微软公司的VisualBasic 6. 0。
程序具有通用性和结构化的特点。
注:在程序中未计入渗流作用。
2. 1 程序编制
计算程序分为四大部分:
( 1) 确定DO 直线方程
DO 的直线方程为:
( 2) 求公式( 5) 中的各个未知量。
公式( 5) 中的cil icos A i 项在计算中可用cibi替代, 其计算结果偏差在1% 以内。
( 3) 利用公式( 5) 计算土坡稳定安全系数K 值。
( 4) 在DO 延长线上取适当点求出土坡的最小安全系数K 值。
2. 2 流程图
计算流程图见图2。