图解法与极限平衡法在边坡稳定分析中的应用

鲁宝锋

河北中核岩土工程有限责任公司

图解法与极限平衡法在边坡稳定分析中的应用

鲁宝锋

河北中核岩土工程有限责任公司

目前边坡稳定分析主要方法为类比法、图解法（极射赤平投影）、极限平衡法及有限元分析法。本文主要通过某边坡案例进行图解法和极限平衡法的分析计算评价，介绍边坡稳定分析中图解法和极限平衡法的应用及总结，希望能为后续边坡分析评价工作带来参考。

极射赤平投影；极限平衡法；边坡稳定分析

1 前言

边坡稳定性分析主要方法为类比法、图解法（极射赤平投影）、极限平衡法及有限元分析法，类比法及图解法为定性分析，极限平衡法及有限元分析法为定量计算分析。通常边坡抗滑移稳定性计算采用刚体极限平衡法，对结构复杂的岩质边坡，结合采用图解法（极射赤平投影和实体比例投影）进行分析，当边坡破坏机制复杂时，可采用有限元数值极限分析法。本文主要介绍图解法和极限平衡法的应用。

2 边坡概况

某核电边坡为原山体边坡设计开挖，形成人工岩质边坡。山体岩性为熔结凝灰岩，属于坚硬岩。表层为强风化及中等风化岩体，人工边坡基本为微风化岩体。

原山体边坡山顶标高+120.0m，原自然山体坡角约25°，开挖后人工边坡坡脚（场坪标高）+26.0m，人工边坡坡顶标高+99.0m。人工边坡设计坡角为52°，分8个阶坡，每个阶段阶坡高8～10m，设3m宽台阶，阶段坡角63°。

现选取边坡某个截面进行图解法及极限平衡法验算分析。

3 图解法分析

对岩体节理裂隙进行统计发现，主要发育5组节理裂隙，产状分别为42°∠80°、72°∠62°、124°∠56°、178°∠74°、201°∠89°，；NW向节理和NE向节理为共轭剪节理（见图1节理裂隙玫瑰花图）。

图1 节理裂隙玫瑰花图

极射赤平投影可直观地分析各种结构面组合与边坡坡面的空间关系，确定最不利结构面组合，同时为稳定性计算提供边界条件。根据上述所列结构面，与人工边坡作赤平投影图（见图2）。

由图可以定性判断边坡无整体滑动，无楔形体滑动，边坡是稳定的。

图2 边坡与结构面极射赤平投影图

4 极限平衡法

根据勘察情况及结构面统计分析，采用折线型滑面进行计算。将计算边坡剖面划分为18条，其中块体14至18都为阻滑块体。计算模型见图3。

图3 极限平衡法计算剖面模型

计算参数的选取：

(1)地震峰值加速度，根据勘察报告以及核电厂抗震设计规范，综合考虑地震峰值加速度取0.15g。

(2)地震系数。根据核电厂抗震设计规范，斜坡稳定性计算的地震作用根据极限安全地震震动确定，地震作用中的水平地震系数取0.3，竖向地震系数取0.2，水平与竖向地震力按不利方向组合考虑。

(3)岩体相关参数。根据勘察报告及地震参数的确定，相关参数见表1。

表1 岩土相关计算参数表

边坡稳定性计算

本计算采用极限平衡法中的折线法公式为：

N——法向压力（kN）

φ—岩石的内摩擦角(°)

C——岩石的内聚力(MPa）

L——滑动面长度(m）

T’——阻滑力(×103kN）

T——滑动分力(×103kN）

地震力计算公式：

式中Fi——地震力(kN)；

a——地震峰值加速度（m/s2）；

K——地震系数；

mi——第i条土块的质量(t)。

相关参数代入公式计算得：

安全系数K＝1.502

综上所述，在设计开挖坡度52°时，极限平衡法计算出的安全系数K＝1.502，大于《核电厂抗震设计规范》标准，满足设计要求。

5 结语

图解法通过图示比较直观地定性判断边坡稳定情况，同时可为边坡稳定性计算提供边界条件，极限平衡法为系统地定量计算分析，分析一般岩质边坡稳定性时，结合两种方法综合比较分析，更能可靠的评价边坡稳定性。边坡分析各种方法在实际应用中需更进一步地探讨研究边坡破坏机制原理，分析影响边坡稳定的各种影响因素，建立相对准确的计算模型，以便更准确的进行计算分析。

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