CN111898067A - 一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，包括如下步骤：(1)确定滑面，对滑体进行条块划分；(2)基于Janbu条分法对滑坡安全系数初次计算；(3)第一次计算结束后，若滑体顶部两条块之间推力为负值，则将最顶部的条块去除，对余下条块进行第二次Janbu条分计算；(4)第二次计算结束后，若剩余条块顶部两条块之间的推力为负值，则将剩余条块最顶部的条块去除，对余下的条块进行第三次Janbu条分计算；(5)重复步骤(4)直至滑体剩余条块顶部两条块之间推力为正值，确定最终安全系数。本发明考虑现有Janbu条分法顶部两条块间推力为负值不满足条间力合理性要求的情况，获得更符合实际的滑坡安全系数。

Description

一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法
技术领域
本发明涉及滑坡极限平衡的Janbu条分法，尤其涉及一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法。
背景技术
在滑坡工程中，滑坡极限平衡分析方法主要包括瑞典条分法、毕肖普条分法和Janbu条分法。其中，Janbu条分法考虑了条块之间的法向推力和切向力，是相对严谨的条分法之一，其计算得到的安全系数更接近真实的滑坡安全系数。
然而在Janbu条分法的计算中，滑体顶部两条块之间的法向推力有时为负值，此时的法向推力为条块间的拉力，不能满足条间力的合理性要求，即土条间不产生拉力，亟需一种改进的方法来克服该技术问题；同时考虑到当顶部两条块间的推力为负值时，下部滑体对最顶部条块有向下的拉力作用，即下部滑体对最顶部条块施加了额外的下滑力之后，最顶部条块才会失稳下滑，即使失去下部滑体的支撑，最顶部条块也能处于稳定状态，而对于下部滑体而言，若失去最顶部条块对它向上的拉力，下部滑体更容易发生失稳滑落，如何考虑最顶部条块对滑坡整体稳定起到的作用也是亟需解决的问题之一。
发明内容
发明目的：本发明提供一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，以解决现有Janbu条分法计算中顶部两条块之间的法向推力有时为负值不满足条间力合理性要求的问题。
技术方案：本发明优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，包括如下步骤：
(1)确定滑面，对滑体进行条块划分；
(2)基于传统的Janbu条分法对滑坡安全系数进行初次计算；
(3)第一次计算结束后，若滑体顶部两条块之间的推力为负值，则将最顶部的条块去除，对余下的条块进行第二次Janbu条分计算；
(4)第二次计算结束后，若剩余条块顶部两条块之间的推力为负值，则将剩余条块最顶部的条块去除，对余下的条块进行第三次Janbu条分计算；
(5)重复步骤(4)直至滑体现有剩余条块顶部两条块之间的推力为正值，确定滑坡最终安全系数。
步骤(1)中，确定滑坡的滑面位置后，根据滑面确定滑体范围，采用竖向条块划分滑体。
步骤(2)中，将划分好条块的初始滑体代入Janbu条分法进行计算，初始滑体包括条块1～条块n，计算滑坡的安全系数及条块间的法向推力。
步骤(3)中，第一次Janbu条分计算结束后，若滑体顶部两个条块1和2之间的推力为负值，则将条块1去除，对剩余的条块2～条块n进行第二次Janbu条分计算，得到滑坡新的安全系数及条块间的法向推力。
步骤(4)中，第二次Janbu条分计算结束后，若剩余条块顶部两个条块2和3之间的推力为负值，则将条块2也去除，对剩余的条块3～条块n进行第三次Janbu条分计算，得到滑坡新的安全系数及条块间的法向推力。
步骤(5)中，计算直至滑体现有剩余条块顶部两条块之间的推力为正值，以现有剩余条块Janbu安全系数为滑坡最终的安全系数。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过去除条间推力为负值的滑体顶部条块，利用Janbu条分法对剩余条块的条间法向推力重新计算，直至顶部两条块之间的法向推力为正值，计算结果表明该方法有效考虑了现有Janbu条分法计算中顶部两条块之间的法向推力有时为负值的问题，计算得到的推力分布符合条间力的合理性要求，即土条间不产生拉力，计算结果更符合实际的滑坡推力分布状态；同时考虑到当顶部两条块间的推力为负值时，最顶部条块对下部滑体有向上的拉力作用，即赋予了下部滑体一定的抗滑力，采用本发明提出的去除顶部条块的方法能够获得更加危险的滑面，计算得到的安全系数也更小。
附图说明
图1为本发明实施例中滑坡初始滑体条块划分图；
图2为本发明实施例中第一次Janbu条分计算后，去除条块1的滑体条块划分图；
图3为本发明实施例中第二次Janbu条分计算后，去除条块1和2的滑体条块划分图。
具体实施方式
实施例：
本发明优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，包括如下步骤：
(1)确定滑坡的滑面位置后，根据滑面确定滑体范围，采用竖向条块划分滑体，如图1所示；
(2)基于传统的Janbu条分法对滑坡安全系数进行初次计算：将划分好条块的初始滑体代入Janbu条分法进行计算，初始滑体包括条块1～条块n，计算滑坡的安全系数及条间法向推力。
所采用的计算公式如下：
Figure BDA0002570869970000021
Figure BDA0002570869970000031
Figure BDA0002570869970000032
Xi＝-Eitanαti+htiΔEi/bi (1.4)
式中：i为条块编号，i＝1,2,…,n；ci、
Figure BDA0002570869970000033
为条块i的粘聚力和内摩擦角；Wi为条块i的重量；bi、αi为条块i的宽和底面倾角；hti、αti为条间推力作用点的位置和推力线与水平线的夹角；
Figure BDA0002570869970000034
Fs为滑坡安全系数；
Figure BDA0002570869970000035
为条块i底部的切向反力；ΔEi为条块i左右两侧的条间法向推力差值；Xi为条块i的条间切向作用力。
本发明的计算步骤如下：
(a)假设ΔXi＝0。用公式(1.1)计算安全系数，此时需对Fs进行迭代。先假定Fs＝1，算出mi带入式(1.1)计算Fs，与假定值比较，如相差较大，则由新的Fs值求出mi再算Fs，如此逐步逼近求出Fs的第一次近似值，并用这个Fs带入式(1.2)算出每个土条的
Figure BDA0002570869970000036
(b)用此
Figure BDA0002570869970000037
值带入公式(1.3)，求出每个土条的ΔEi，从而求出每一土条侧面的Ei，再由式(1.4)求出每一土条侧面的Xi，并求出ΔXi值。
(c)用新求出的ΔXi重复步骤(1)，求出Fs的第二次近似值，并以此重新算出每一土条的
Figure BDA0002570869970000038
(d)再重复步骤(2)和(3)，直到Fs收敛于给定的容许误差值以内。
(3)第一次Janbu条分计算结束后，若滑体顶部两个条块1和2之间的推力为负值，则将条块1去除，如图2所示，对剩余的条块2～条块n进行第二次Janbu条分计算，得到滑坡新的安全系数及条块间的法向推力；
(4)第二次Janbu条分计算结束后，若剩余条块顶部两个条块2和3之间的推力为负值，则将条块2也去除，如图3所示，对剩余的条块3～条块n进行第三次Janbu条分计算，得到滑坡新的安全系数及条块间的法向推力。
(5)重复步骤(4)直至滑体现有剩余条块顶部两条块之间的推力为正值，以现有剩余条块Janbu安全系数为滑坡最终的安全系数。
某滑坡剖面几何特征及初始滑体条块划分如图1所示。
图2为基于本发明提出的方法去除条块1后的滑坡剖面图，图3为基于本发明提出的方法去除条块1和2后的滑坡剖面图，n为滑体条块总数。岩土体参数为：重度为18kN/m3，粘聚力为8.7kN/m2，内摩擦角21.56°。使用本发明的方法对其进行安全稳定性计算，计算结果如下：
第一次Janbu条分计算得到的安全系数为1.5015，条块1和2之间的推力为-2.2483kPa，条块2和3之间的推力为-2.1520kPa，条块3和4之间的推力为-1.0923kPa。
去除条块1后，第二次Janbu条分计算得到的安全系数为1.4905，此时条块2和3之间的推力为-0.0586kPa，条块3和4之间的推力为-1.0789kPa，条块4和5之间的推力为3.2903kPa。
去除条块2后，第三次Janbu条分计算得到的安全系数为1.4901，条块3和4之间的推力为1.4179kPa，条块4和5之间的推力为4.2319kPa，条块5和6之间的推力为5.1947kPa，此时顶部两个条块之间的推力已为正值，计算结束。
随着条块1和2的逐步去除，滑体顶部两条块之间的推力由-2.2483kPa到-0.0586kPa再到1.4179kPa，逐步趋向于正值；滑坡安全系数由1.5015到1.4905再到1.4901，逐步减小。可见，本发明提出的优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法考虑了现有Janbu条分法计算中顶部两条块之间的法向推力有时为负值的问题，逐步计算得到为正值的条间推力，符合土条间不产生拉力的条间力合理性要求，且安全系数在计算过程中逐步减小，原因在于，当顶部两条块间的推力为负值时，下部滑体对最顶部条块有向下的拉力作用，即下部滑体对最顶部条块施加了额外的下滑力之后，最顶部条块才会失稳下滑，即使失去下部滑体的支撑，最顶部条块也会处于稳定状态，而对于下部滑体而言，若失去最顶部条块对它向上的拉力，下部滑体更容易发生失稳滑落，去除最顶部条块后的滑体对应的滑面才是更危险的滑面，其安全系数相对应地也会更小。

Claims (6)

1.一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确定滑面，对滑体进行条块划分；
(2)基于传统的Janbu条分法对滑坡安全系数进行初次计算；
(3)第一次计算结束后，若滑体顶部两条块之间的推力为负值，则将最顶部的条块去除，对余下的条块进行第二次Janbu条分计算；
(4)第二次计算结束后，若剩余条块顶部两条块之间的推力为负值，则将剩余条块最顶部的条块去除，对余下的条块进行第三次Janbu条分计算；
(5)重复步骤(4)直至滑体现有剩余条块顶部两条块之间的推力为正值，确定滑坡最终安全系数。
2.根据权利要求1所述的一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，其特征在于，步骤(1)中，确定滑坡的滑面位置后，根据滑面确定滑体范围，采用竖向条块划分滑体。
3.根据权利要求1所述的一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，其特征在于，步骤(2)中，将划分好条块的初始滑体代入Janbu条分法进行计算，初始滑体包括条块1～条块n，计算滑坡的安全系数及条块间的法向推力。
4.根据权利要求1所述的一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，其特征在于，步骤(3)中，第一次Janbu条分计算结束后，若滑体顶部两个条块1和2之间的推力为负值，则将条块1去除，对剩余的条块2～条块n进行第二次Janbu条分计算，得到滑坡新的安全系数及条块间的法向推力。
5.根据权利要求1所述的一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，其特征在于，步骤(4)中，第二次Janbu条分计算结束后，若剩余条块顶部两个条块2和3之间的推力为负值，则将条块2也去除，对剩余的条块3～条块n进行第三次Janbu条分计算，得到滑坡新的安全系数及条块间的法向推力。
6.根据权利要求1所述的一种优化滑坡条间推力的去条块Janbu条分法，其特征在于，步骤(5)中，计算直至滑体现有剩余条块顶部两条块之间的推力为正值，以现有剩余条块Janbu安全系数为滑坡最终的安全系数。
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