基于内外功率比的非直线坡面型边坡的稳定系数研究

在边坡稳定性上极限分析中,由于考虑了材料的理想弹塑性本构关系与相关流动法则,相比极限平衡法更符合岩土材料的特征。在以往的二维边坡极限分析上限法中,要求坡面形态为规则的直线,而无论是天然边坡还是人工边坡,边坡的坡面形态往往并非规则的直线。此外,以往的边坡极限上限分析中得到的稳定数N_(s)=c/γH主要针对土坡的临界高度计算,且未考虑孔压等外力对边坡施加的外功率。不同于传统极限平衡法采用静力学的平衡条件,本研究针对非直线型坡面边坡稳定性问题,假定滑动面为对数螺旋线,基于极限分析上限定理和虚功原理,提出了一种边坡发生旋转破坏时旋转中心的确定方法,推导出了非直线型坡面边坡的重力虚功功率和能量平衡方程的解析解,并提出了基于内、外功率之比的稳定系数K用以评价边坡的稳定性。通过算例比较了不同形态天然边坡的稳定性和人工削坡对边坡稳定性的影响,并分析了边坡的坡度(β)、土体的内摩擦角(φ)、黏聚力(c)以及孔压系数(ru)对稳定系数K的影响规律。对于坡度较大的边坡,通过削坡改变坡面形态提高了边坡的稳定系数K。稳定系数K随黏聚力的增加而非线性增大,随孔压系数的增加而降低。当黏聚力相对于孔压系数对边坡稳定性影响更大时,稳定系数K随内摩擦角的增加而增大;反之,稳定系数K则随内摩擦角的增加而减小。以上结果符合对边坡稳定性分析的普遍认知,验证了模型的合理性。另外,通过将该方法与传统的Bishop法的计算结果进行对比,发现安全系数F_(s)=1与稳定系数K=0的临界状态物理意义相同,稳定系数K随黏聚力非线性增加,更符合边坡的渐进破坏过程。

非直线边坡曲率包含角对其稳定性的影响

以江西省域范围内典型均质红壤土边坡为研究对象,通过构建基于快速拉格朗日方法的FLAC计算模型,分析了非直线坡面工况下边坡安全系数、塑性区分布及速度位移场等随曲率包含角变化的响应规律。