GTS NX在高邊坡工程中的應(yīng)用從入門到精通，難得的好資料，馬老師親自手打，是我們的福氣?。?/p>

1.邊坡工程分析原理

邊坡是礦山、水利、公路常見的工程形式，隨著工程技術(shù)的發(fā)展，越來越呈現(xiàn)出高、陡地質(zhì)情況復(fù)雜的趨勢(shì)。一旦邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)，例如滑坡、泥石流、滑塌、崩塌等，都將帶來嚴(yán)重的后果和不必要的損失。

一般來說，導(dǎo)致土坡滑動(dòng)失穩(wěn)的主要原因有以下兩種：

1）由于外荷載作用和邊坡環(huán)境變化等導(dǎo)致坡體內(nèi)部剪力增加。在坡頂堆載或修筑建筑物使坡頂荷載增大，降雨導(dǎo)致土體飽和重度增加，滲流引起的水動(dòng)力和土裂縫中的靜水壓力，地下水位大幅下降導(dǎo)致土體內(nèi)有效應(yīng)力的增加，地震、打樁、爆破等引起的動(dòng)荷載等都會(huì)使土坡內(nèi)部的剪應(yīng)力增大。

2）由于外界各種因素影響導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，促使土體失穩(wěn)破壞。自然界氣候變化引起土體干裂和凍融、粘土夾層因雨水的侵入而軟化、膨脹土的反復(fù)脹縮、粘性土的蠕變、振動(dòng)使土的結(jié)構(gòu)遭到破壞或使孔隙水壓力升高等都會(huì)導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度降低。

在高速公路、鐵路、城市地鐵、高層建筑物的深基坑開挖，露天采礦和土（石）壩等土木工程建設(shè)中都會(huì)涉及土坡的穩(wěn)定性問題，如果在工程中土坡失去穩(wěn)定，輕者影響工程進(jìn)度，重者將會(huì)危及施工人員的生命安全，造成工程事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此土木工程師必須掌握土坡穩(wěn)定分析的基本原理和方法。

現(xiàn)在工程上常用的分析方法有：極限平衡法、應(yīng)力極限平衡法和強(qiáng)度折減法。

1.1   極限平衡法（LEM）

經(jīng)典的極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定性起步早，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，各方面技術(shù)相對(duì)成熟的方法，主要有瑞典條分法（Fellenius）、簡(jiǎn)化Janbu法、簡(jiǎn)化Bishop法、Spencer法、Morgense法和不平衡推力法。

極限平衡法計(jì)算邊坡穩(wěn)定性時(shí)為了計(jì)算方便，做了一系列的假定：①需假定滑裂面的形狀，如平面、圓弧面、對(duì)數(shù)螺旋面。②整個(gè)滑面上的安全系數(shù)相同，是整體的抗滑力與滑動(dòng)力之比。③滑動(dòng)的土條為剛性體。④抗剪強(qiáng)度采用摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則。⑤去單位長(zhǎng)度的邊坡按平面問題計(jì)算。各種極限法之間又有所不同，表現(xiàn)為滑動(dòng)面的假設(shè)、條間作用力的假設(shè)以及卡里邊力與力矩平衡的不同。

圖1  條間力假設(shè)條件

一種條分法計(jì)算精度的高低與這種方法條間力的分布有很大的關(guān)系，各種分析方法有其自身的適用性和局限性。

Fellenius（瑞典條分法）提出邊坡穩(wěn)定分析的圓弧滑動(dòng)分析方法。該法假定土條底法向應(yīng)力可以簡(jiǎn)單看作是土條重量在法線方向的投影。同時(shí)，由于滑裂面是圓弧，因此法向力通過滑面圓心，對(duì)圓心取矩時(shí)不出現(xiàn)，使計(jì)算工作大大簡(jiǎn)化。在沒有計(jì)算機(jī)的年代，這是一個(gè)實(shí)用的方法，但由于這種方法過于保守，在實(shí)際工程中造成比較大的材料浪費(fèi)，規(guī)范中已不建議使用。

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330-2013》條文說明5.2.4：對(duì)于圓弧滑動(dòng)面，本規(guī)范建議采用簡(jiǎn)化畢肖普法進(jìn)行計(jì)算，通過多種方法的比較，證明該方法具有很高的準(zhǔn)確性，已得到國(guó)內(nèi)外的公認(rèn)。以往廣泛應(yīng)用的瑞典法，雖然求解簡(jiǎn)單，但計(jì)算誤差比較大，過于安全而造成浪費(fèi)，所以瑞典法不再列入規(guī)范。

Bishop（1950）對(duì)傳統(tǒng)的瑞典條分法做了重要改進(jìn)。首先，他提出了安全系數(shù)的定義。然后通過假定土條間的作用力為水平方向，求出土條底的法向力。同樣，Bishop通過力矩平衡來確定安全系數(shù)。

Janbu（1954）假定土條間力為水平，Lowe和Karafiath建議條間力傾角為土條頂部和底部?jī)A角的平均值。

上述在幾種方法都屬于簡(jiǎn)化法，在我國(guó)，“傳遞系數(shù)法”使用也相當(dāng)廣泛，但此方法少見于國(guó)外文獻(xiàn)，因此這里不多做描述。

各種簡(jiǎn)化方法反映了早期人工手算的需要。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和普及，在生產(chǎn)實(shí)踐中已具備條件采用更為嚴(yán)格方法的條件。Mogenstern&Price（1965）提出了適用于任意形狀滑裂面的嚴(yán)格方法，Spencer提出了條間力傾角為常數(shù)的方法，這種方法實(shí)際上是Mogenstern&Price法中的一種特例。1973年Janbu在其簡(jiǎn)化法的基礎(chǔ)上，提出了同時(shí)滿足力和力矩平衡的“通用條分法”。

《土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》條文8.3.9：靜力穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)采用剛體極限平衡法。對(duì)于均質(zhì)壩、厚斜墻壩和厚心墻壩，宜采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法，對(duì)于無粘性土以及有軟弱夾層、薄斜墻、薄心墻壩的壩坡穩(wěn)定分析及任何壩型，可采用滿足條塊間作用力和力矩平衡的摩根斯坦-普萊斯法等方法，計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。