邊坡安全系數(shù)影響因素以及取值方法初探

邊坡安全系數(shù)影響因素以及取值方法初探摘要：在邊坡穩(wěn)定性分析中，一般采用安全系數(shù)來衡量邊坡的穩(wěn)定性，并根據(jù)安全系數(shù)采取相應(yīng)的邊坡治理措施，因此邊坡的安全系數(shù)取值大小對于邊坡安全，工程效益有著直接影響。而近幾年隨著工程實踐的開展，在越來越多的工程中發(fā)現(xiàn)，由于參數(shù)變異以及計算方法等的不同，對于安全系數(shù)的取值存在不確定性。在這種情況下，文章從概念出發(fā)，逐步探討了滑坡安全系數(shù)與其各影響因素之間的關(guān)系并初步探討了取值方法。關(guān)鍵詞：邊坡安全系數(shù)安全儲備影響因素變異系數(shù)蒙特卡羅中圖分類號：文獻標(biāo)識碼：A0引言因為滑坡安全系數(shù)的選取直接關(guān)系到設(shè)計者的思路，關(guān)系到工程的成本和安全。所以對邊坡穩(wěn)定分析中，采用適當(dāng)?shù)姆治龇椒ù_定邊坡安全系數(shù)，對于工程具有重要意義。目前所存在的問題主要是各行業(yè)規(guī)范規(guī)定不統(tǒng)一，對于安全系數(shù)的各種影響考慮不足，這大大影響了安全系數(shù)的安全度。1邊坡安全系數(shù)和安全儲備目前工程界比較承認將強度指標(biāo)的儲備作為安全系數(shù)定義的方法[1]：將土的抗剪強度指標(biāo)降低為和則土體沿著此滑裂面處處達到極限平衡，即為。意思是將抗剪強度指標(biāo)變?yōu)樵瓉順O限平衡時的倍，如果K>1則意味著現(xiàn)有指標(biāo)小于極限平衡條件下的抗剪強度指標(biāo)，這種情況將保持穩(wěn)定；反之則破壞。然而并非是當(dāng)K大于1時就可以滿足工程需要，由于導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的因素很多，所以邊坡失穩(wěn)存在一定的隨機性和不確定性。為了防止邊坡失穩(wěn)的不確定性而針對不同的工程在設(shè)計時需要使整體的設(shè)計處于一定的安全度水平，以保證在這種不確定性的情況下保持邊坡的安全。不同的工程實際往往要求要有大小不同的安全儲備或者不同的安全度水平，因而不同因素對于安全儲備和安全度水平的影響才是安全系數(shù)取值時應(yīng)當(dāng)考慮的關(guān)鍵因素。2工程安全等級對于安全儲備的影響工程的安全等級，是根據(jù)由于工程巖土體或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致建筑物破壞而造成生命財產(chǎn)損失、社會影響及修復(fù)可能性等后果的嚴(yán)重性來劃分的。工程安全等級越高，說明人們對于滑坡失穩(wěn)的承受能力越差，故而應(yīng)當(dāng)設(shè)置較高的安全儲備，以更大限度地減小滑坡失穩(wěn)的可能性,所以在治理時應(yīng)該按照工程安全等級區(qū)別對待。參考我國各行業(yè)邊坡設(shè)計有關(guān)規(guī)范[2][3]，本文建議安全等級為一級時，應(yīng)保持15%~25%的安全儲備；二級時應(yīng)保持5%~15%的安全儲備；三級時應(yīng)保持0~10%的安全儲備。3參數(shù)取值對于安全儲備的影響在邊坡穩(wěn)定分析中，主要使用的參數(shù)是土的主要抗剪強度指標(biāo)粘聚力c和內(nèi)摩擦角。這兩個指標(biāo)一般是通過與之有關(guān)的室內(nèi)或者野外試驗來獲得的。在試驗的過程中不可避免地會對試樣產(chǎn)生一定程度的擾動，即在土工參數(shù)的確定過程中會存在一定的變異系數(shù)。多年實踐經(jīng)驗表明，土工參數(shù)的變異系數(shù)大體上都在0.2到0.4之間[4]。不妨結(jié)合某組滑坡數(shù)據(jù),來計算變異系數(shù)在此范圍內(nèi)時對安全系數(shù)的影響，分別取變異系數(shù)為0.2和0.4的兩組數(shù)據(jù)來計算上下限。第一組數(shù)據(jù)為；；第二組數(shù)據(jù)為；。對于大多數(shù)服從正態(tài)分布的參數(shù)模擬，可采用如下抽樣與變換公式[5]：由提供的滑坡體的C、的均值σ、方差μ，利用蒙特卡羅模擬方法,結(jié)合C++語言編程對其進行60000次的隨機模擬，將計算得到的60000組穩(wěn)定性系數(shù)FS值，采用分布統(tǒng)計方法對計算的60000組穩(wěn)定性系數(shù)FS的分布情況予以分區(qū)間統(tǒng)計可得到變異系數(shù)為0.2時統(tǒng)計概率大于等于50%的穩(wěn)定系數(shù)為1.6517，變異系數(shù)為0.4時統(tǒng)計概率大于等于50%的穩(wěn)定系數(shù)為1.6798。而只采用C、的樣本均值σ作為標(biāo)準(zhǔn)值進行計算時算得的穩(wěn)定系數(shù)為1.6150。經(jīng)過對比計算可知,在忽略參數(shù)變異性的情況下,穩(wěn)定系數(shù)計算成果偏小約2.2222%到3.8576%,因而系數(shù)變異會對于安全儲備造成不良影響約2%到4%。同時需要注意的是，對于不同試驗方法取得的數(shù)據(jù)，其對于安全儲備的影響會更大[6]。4穩(wěn)定分析方法對于安全儲備的影響目前邊坡穩(wěn)定分析方法主要有兩大類,分別是建立在極限平衡理論基礎(chǔ)上的解析解法和被廣泛采用的數(shù)值解法即有限單元法。由于使用的便捷性，在工程實踐中使用較多的是解析解法中的條分法。根據(jù)假定條件的不同，最常用的有：瑞典圓弧法，簡化畢肖普法。本文采用slope軟件中的兩種方法并結(jié)合理正軟件的畢肖普法對同一組滑坡數(shù)據(jù)進行計算，統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可得，采用瑞典條分法比畢肖普法偏小約4%到9%，同一種方法不同軟件之間數(shù)據(jù)變化約4%到5%。由此，可以估計大多數(shù)情況下不同邊坡分析計算方法對于穩(wěn)定系數(shù)的影響約在10%左右。進而可知，邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算方法對于安全儲備的影響約在10%以內(nèi)。5結(jié)語由以上可以得知，在一般的情況下，對于邊坡安全系數(shù)在取值時應(yīng)當(dāng)按照以下標(biāo)準(zhǔn)進行:安全等級為一級時，應(yīng)保持1.30~1.40的安全系數(shù)；二級時應(yīng)保持1.20~1.30的安全系數(shù)；三級時應(yīng)保持1.15~1.25的安全系數(shù)。同時，需要在以下幾個方面進行更加深入的研究：（1）考慮我國國民經(jīng)濟水平，社會對于災(zāi)害的承受能力等，同時也參照本行業(yè)多年的工程經(jīng)驗來對工程安全等級與安全儲備之間的影響進行更廣泛科學(xué)的論證。（2）參數(shù)選取中采用不同方法造成的結(jié)果差異也需要我們進一步的研究探討。（3)本文所討論的穩(wěn)定性分析計算方法過少，需要進行更為全面，綜合的科學(xué)論證。參考文獻[1]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析—原理·方法·程序[M].北京：中國水利水電出版社，2003.[2]GB50330-2002.建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].[3]DL/T5353-2006.水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范[S].[4]張在