Taylor摩擦圆法在浸水边坡稳定性计算中的拓展

发布时间：2019-11-12 11:31

【摘要】：Taylor摩擦圆法是经典的土坡稳定性计算方法,该方法假定条件少,不需要条分,具有严格的解析结果,适用于均质简单土坡。本文将该法加以拓展,应用于浸水边坡的稳定性计算。研究的主要内容和成果如下:(1)通过叠加三个适当重度的独立边坡,按照Taylor摩擦圆法的原理,同时折减粘聚力和内摩擦角,推导出水位下降时浸水边坡稳定系数的一般式,简化该式可以得到水位突降、水位缓降、不浸水及完全浸水等特定工况的稳定系数解析式。(2)在理论成果的基础上,根据已推导的稳定系数式,编写VB程序,给定水位参数,计算三种特定工况下边坡的最小稳定系数,同时搜索相应的临界滑动面。这三种工况分别为:边坡不浸水(Taylor模型)、水位缓降以及水位突降。将稳定系数结果绘制成图表,总结水对边坡稳定性的影响。(3)边坡不浸水时,进一步推导表明:稳定系数是c/?H1(粘聚力/重度/坡高)的线性函数。因此,选取c/?H1的两组值0.1和0.2,绘制稳定系数与坡角、内摩擦角的关系图表,c/?H1取任意值时,可以利用这两张图表线性插值得到相应的稳定系数。简化了利用Taylor稳定数图表求解稳定系数时反复查表、类似迭代的过程。(4)坡外水位下降速度非常慢、土体透水性好时,可以忽略临界滑动面上的孔隙水压力。利用程序计算各个水位下边坡的稳定系数,选取6组边坡案例,绘制稳定系数与水位位置的关系,总结水位缓慢下降对边坡稳定性的影响规律:当斜坡陡时(一般坡角大于60°),稳定系数随水位下降单调减小;当斜坡缓时,稳定系数随水位下降先减小后增大,并且使稳定系数最小的水位在坡脚以上坡高的1/5~1/3处。(5)坡外水位突降、土体渗透性差时,水位突降范围内、滑面上的孔隙水压力来不及消散,对边坡稳定性的影响不可忽略。利用程序计算2组边坡案例,绘制水位突降程度与稳定系数的关系,并将边坡在水位突降与水位缓降时的稳定系数相比较,总结水位突降对边坡稳定性的影响:水位突降情况下,边坡的稳定系数明显小于水位缓降时的稳定系数,并且水位突降幅度越大,稳定系数越小。将Taylor拓展法的结果与Morgenstern-Price法、Bishop法进行比较,结果表明三种方法的所计算的稳定系数结果和临界滑动面形态相近。
【图文】：

稳定系数,水位下降,边坡,模型

第一章绪论计算时取渗透力和浮重度与取饱和重度和周边水压力等效，以及其在实际计算中的实用性展开了多次讨论，从理论上证明了这一等效性在浸水边坡稳定性计算中的可行性。李同录等（2009）[29]根据这一等效性，取水下土体的浮重度，忽略渗透力，利用Morgenstern-Price 法计算了三峡库区马家沟边坡在不同水位下的稳定系数。得出结论：边坡稳定性随着水位降低呈现由大→小→大的规律。Morgenstern-Price 法是一种常用的条分法，并且条分法已经广泛应用于浸水边坡稳定性的计算。Cojean, R.，Fleurisson, J.A.(1990)[8]利用条分法计算浸水边坡的稳定系数，以图表的形式表示水位下降不同程度时的稳定系数。边坡模型和稳定数图表，，见图 1.1由图 1.1 容易得出结论：水位缓慢下降时，坡体内外水位一致（即 Hw1=Hw2），边坡稳定系数随着水位降低由大→小→大；水位突降时，坡内外水位不一致，水位差越大，即水位突降幅度越大，边坡稳定系数越小。

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图 2.1 Taylor 模型图 2.1(a)中，均质土坡 ABC 的坡高为 H、滑坡深度为 DH；坡度为，滑面圆弧 AB的圆心角为 2 ，弦 AB 的倾角为 λ；n 为坡脚至剪出口的距离与坡高之比。当滑动面过坡脚时，n=0。摩擦圆半径 r=Rsinφ。根据图 2.1(a)的几何关系，滑动面圆弧的半径 R 为csc csc 2HR (2.1)在 Taylor 摩擦圆法中，坡体在三个力的共同作用下达到极限平衡，见图 2.1(b)。这三个力分别为：(1) 重力 W：大小可求，方向竖直向下。(2) 坡体的粘聚力 C：由于粘聚力的单元力可以分解为平行和垂直于弦 AB 两部分，可以证明，垂直于弦 AB 的部分相互抵消为零，故坡体的粘聚力 C 的方向是平行于弦 AB的。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.2

【参考文献】