Slide软件与国内规范在土坡稳定分析中的对比研究

周 琼，卢建青，高 郢，王 晶

（1.中海（广州）工程勘察设计有限公司，广东广州 510277；2.中交天津航道局有限公司，天津 300450；3.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；4.南京瑞迪建设科技有限公司，江苏 南京 210029）

0 引言

土木工程中存在各式各样的土坡，例如土石坝、渠道、路堤、岸坡等。分析判断土坡的稳定性，并对不稳定土坡进行处理，是工程师们十分关心的问题[1]。

国内设计规范土坡稳定分析一般推荐采用瑞典圆弧条分法或毕肖普法。两种方法均需要将滑动土体分成若干土条，然后逐步对各土条进行受力分析，计算过程繁杂，工程设计时一般采用成熟的商业软件，或自主开发程序进行计算。对于无水的情况，瑞典圆弧法的计算公式唯一，当土坡外存在水体的情况时，各软件对水的处理方法意见不一[2]。Slide软件是由加拿大Rocscience公司编制的土坡稳定计算软件，也是国内各设计院较为常用的商业软件之一。软件对水的处理方法与国内规范是否一致，有必要开展深入研究分析。

本文分别采用Slide软件和国内规范公式对一均质土坡进行稳定计算，并对土条的受力计算结果进行比较分析，找出两者差异，据此对边坡工程设计工作提出合理化建议。

1 Slide软件及规范法计算结果

某一均质粘性土坡高7m，坡比为1∶1。地基土体天然容重γ=17.5kN/m3，饱和容度γsat=19.0 kN/m3，浮重度γ′=9.0kN/m3，粘聚力c=20kPa，内摩擦角φ=15°，坡外水深2m，坡内浸润线坡比为1∶5。分别通过Slide软件及规范法[3]采用瑞典圆弧条分法计算该边坡的整体稳定。为使计算结果具有可比性，对同一特定圆弧滑动面进行计算，且滑动土体均分为10个土条，土条宽度为1m，具体如图1所示。

图1 土坡滑动土体土条划分示意图

Slide软件及规范法对各土条的受力分析计算结果分别见表1和表2，Slide软件与规范法计算结果分别为1.49，1.45。

表1 Slide土条受力分析计算表

表2 规范土条受力分析计算表

2 计算结果分析

分别以2号和6号土条（分别代表土条位于坡外水位以下及浸润线位于土条内两种情况）为例进行分析。

Slide软件中2号土条的受力分析示意图如图2所示。Slide软件考虑水体对土条所有边界的水压力，相当于土条重度取浮重度。土条底部抗剪强度计算方法按下式计算：

计算结果与表2中数值一致。

根据图2计算土条底部的剪应力：

6号土条受力分析示意图如图3所示。Slide软件考虑水体对土条所有边界的水压力，相当于土条重度取浮重度。土条底部抗剪强度计算方法按下式计算：

计算结果与表2中数值一致。

根据图3计算土条底部剪应力：

图22 号土条受力分析示意图

两个土条底部剪应力计算值与表2中数值不同，这是由于软件给出的剪应力是抗剪力与安全系数的比值。根据上述方法计算Slide中所有土条的滑动力之和与抗滑力之和，得到边坡稳定安全系数为1.49，与软件计算值一致。根据以上分析可知，Slide软件中采用瑞典条分法（Fellenius）（图4）时边坡稳定安全系数按下列公式计算：

图36 号土条受力分析示意图

规范中瑞典圆弧条分法（总应力法）安全系数计算公式如下[3]：

式中：K——抗滑稳定安全系数；W1i，W2i，W′2i，W3i，W′3i——第i个土条浸润线以上土体的天然重量、浸润线与外坡水位线之间土体的饱和容重、浸润线与外坡水位线之间的土体浮重量、外坡水位线以下的土体饱和重量、外坡水位线以下的土体浮重量，kN；αi——第i个土条底面中点的径向与竖直方向的夹角，（°）；φi，Ci——第i个土条底部土体的抗剪强度指标，（°）、kPa；bi——第i个土条的宽度，m；ui——第i个土条底部的孔隙水压力，kPa；γW——水的容重，kN/m3。

3 计算结果讨论

通过上述分析，Slide软件与规范法采用瑞典圆弧条分法的主要区别，在于计算滑动力时浸润线与坡外水位线之间的土体（图4中Ⅱ区）重度取值不同，规范法中Ⅱ区取饱和重度，而Slide软件取浮重度，从而Slide中滑动力计算值较小，安全系数计算值较大。

图4 圆弧滑动法示意图

规范规定的边坡稳定最小安全系数与所采用的计算方法存在对应关系，若所采用的计算方法与规范法不同，则最小安全系数应进行适当调整。当采用Slide软件计算土坡稳定时，最小安全系数取值应较规范值大，否则可能造成工程设计安全储备不足。

4 结语

综上所述，规范法与Slide软件采用瑞典圆弧法计算土坡稳定时计算公式略有差异，主要体现在计算滑动力时土坡内浸润线与坡外水位线之间的土体容重取值不同，规范法取饱和重度，而Slide软件取浮重度，从而Slide软件安全系数计算值较规范法稍大，因此，工程设计采用Slide软件进行土坡稳定分析时，最小安全系数应在规范限值的基础上有所提高。