边坡稳定安全系数求解格式的分类统一

根据极限平衡条分法所满足的平衡条件,将现有13种极限平衡条分法分为4大类:M类(仅考虑对选定求矩中心的力矩平衡)、VM类(考虑垂直方向力的平衡和对选定求矩中心的力矩平衡)、HV类(考虑水平方向力的平衡和垂直方向力的平衡)和HVM类(考虑所有平衡条件)。其中,M类(瑞典法)有显式解,VM类(简化Bishop法)有隐式的安全系数表达式,迭代并不困难。将现有极限平衡条分法对条间力的假定表示成统一形式,根据力和力矩的平衡,推导出十分简明的条间力递推方程和条间力矩递推方程。根据条间力递推方程,建立了传统意义上(保持原有方法所满足的平衡条件、对条间力的假定和未知量不变)基于力平衡(HV类)的安全系数统一求解格式。根据条间力递推方程和条间力矩递推方程,通过Newton-Raphson法建立了传统意义上基于严格平衡(HVM类)的安全系数统一求解格式。不但便于程序的编写,而且有利于不同方法优缺点的比较和理解。

基于力平衡的安全系数统一求解格式

基于力平衡求解安全系数的极限平衡条分法在边稳定分析和设计中得到了广泛地应用。然而,由于条间力假设的不同,各种方法的计算格式也不同,既不便于程序的编写,也不便于人们理解各自方法的优缺点。首次将现有基于力平衡求解安全系数的极限平衡条分法对条间力的假定表示成统一形式,根据力的平衡,导出了简单明了的条间力递推方程。根据条间力递推方程,建立了传统意义下基于力平衡的安全系数统一求解格式,使计算原理更为清晰,计算过程更为简单。在此基础上,如果将严格Janbu法所满足的条块力矩平衡方程表示成条间力的假定,严格Janbu法也可采用基于力平衡的安全系数统一求解格式。

基于力平衡求解安全系数的一般条分法

对于一般条块,建立了力平衡方程,导出了条间力递推方程,研究了基于力平衡求解安全系数的一般格式,从而建立了基于力平衡求解安全系数的一般条分法。而基于力平衡求解安全系数的垂直条分法只是它的1个特例。通过分析Sarma法的适用性,根据条块位移的相容关系给出了1个新的条间剪力方程,明确了条间剪力与滑动面几何形状之间的关系,以及条块界面上剪切强度的折减系数随条块和滑动面的几何形状的变化规律。基于新的条间剪力方程可建立条块界面和滑动面上的剪切强度具有不同折减系数的非严格一般条分法。算例分析表明,所给新方法优于Sarma法。应用它能够得到更合理的安全系数值。即使条块形状是变化的,该法也能够给出一致的安全系数值,而且能够保证迭代过程稳定收敛。