土坡稳定分析的几个问题 11：208 4 1土体抗剪强度指标和安全系数的选用..
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土坡稳定分析的几个问题
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3秒自动关闭窗口雨水入渗对非饱和土坡稳定性影响的参数研究--《岩土力学》1999年01期
雨水入渗对非饱和土坡稳定性影响的参数研究
【摘要】：很多国家和地区的斜坡失稳与雨水入渗有密切关系。通过参数分析研究可以深化对这种关系的认识和理解，因而对滑坡灾害的预测和预防有重要意义。针对香港地区一种典型非饱和土斜坡，用有限元法模拟雨水入渗引起的暂态渗流场，然后将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。计算中采用延伸的摩尔－库伦破坏准则以便考虑基质吸力对抗剪强度的贡献，研究了降雨特征、水文地质条件及坡面防渗处理等因素对暂态渗流场和斜坡安全因数的影响。数值模拟结果表明：降雨强度、降雨历时和雨型对暂态渗流场及斜坡稳定性有明显的影响；土体的渗透系数，尤其是渗透系数各向异性的影响特别显著；斜坡中相对隔水层的存在以及斜坡防渗护面的效果等因素的影响均不容忽视。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TU432【正文快照】：
１前言斜坡失稳是山区常见的自然灾害。滑坡和泥石流的发生与降雨关系密切是早为人知的事实，但人们对这种关系的认识和理解仍很不充分。深入研究降雨引起斜坡失稳的规律并建立定量的分析模型对于滑坡、泥石流灾害的预测和预防有重要的指导意义。研究降雨引发滑坡的规律性有
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乔娟;罗先启;张立仁;沈辉;;[J];水科学与工程技术;2005年06期
张延军;;[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年01期
王滨,贺可强;[J];地质灾害与环境保护;2004年04期
张士林,王冬梅,李根华;[J];中国工程科学;2004年05期
邓卫东,唐颂,黄华华;[J];公路交通技术;2003年05期
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李兆平,张弥;[J];土木工程学报;2001年05期
郑晓晶;殷坤龙;;[J];水文地质工程地质;2007年02期
沈珠江,米占宽;[J];水利水运工程学报;2004年03期
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李青云;濮家骝;包承纲;;[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2000年
王晓峰;王铁行;;[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（下册）[C];2003年
孙强;胡秀宏;赵海军;;[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集（上册）[C];2006年
吴海真;顾冲时;张文捷;傅琼华;;[A];水工渗流研究与应用进展——第五届全国水利工程渗流学术研讨会论文集[C];2006年
朱建桃;王媛;;[A];水工渗流研究与应用进展——第五届全国水利工程渗流学术研讨会论文集[C];2006年
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荣冠;[D];武汉大学;2005年
王环玲;[D];河海大学;2006年
杨文东;[D];武汉理工大学;2006年
张培文;[D];大连理工大学;2002年
胡云进;[D];河海大学;2001年
郑书彦;[D];西北农林科技大学;2002年
王瑞钢;[D];天津大学;2004年
申翃;[D];武汉理工大学;2004年
邓卫东;[D];长安大学;2003年
徐青;[D];河海大学;2005年
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徐辉;[D];浙江大学;2006年
王向东;[D];西南交通大学;2005年
苏江川;[D];西南交通大学;2005年
武丽;[D];河海大学;2005年
潘宏宇;[D];西安科技大学;2005年
安孟康;[D];铁道部科学研究院;2000年
王晓峰;[D];西安建筑科技大学;2003年
陈彦琢;[D];浙江大学;2003年
沈伟志;[D];浙江大学;2003年
马国涛;[D];大连理工大学;2003年
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赵颖文,孔令伟,郭爱国,拓勇飞;[J];岩石力学与工程学报;2004年15期
程娟;杨杨;陈卫忠;;[J];混凝土;2006年10期
郑木莲,王秉纲,胡长顺;[J];长安大学学报(自然科学版);2003年04期
邢建民;[J];长江职工大学学报;1999年03期
廖秋林;李晓;郝钊;王思敬;吴硕;赫建明;;[J];工程地质学报;2006年06期
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卢肇钧;吴肖茗;孙玉珍;;[A];中加非饱和土学术研讨会论文集[C];1994年
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邢义川;[D];西安理工大学;2001年
魏进兵;[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2006年
闫小波;[D];同济大学;2007年
邵江;[D];西南交通大学;2007年
曹宏章;[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2006年
李育超;[D];浙江大学;2006年
沈宇鹏;[D];北京交通大学;2007年
肖朝昀;[D];同济大学;2007年
杨永红;[D];西南交通大学;2006年
张引科;[D];西安建筑科技大学;2001年
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盛燕萍;[D];长安大学;2006年
杨曼娟;[D];华中科技大学;2005年
马芳芳;[D];大连理工大学;2005年
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高文梅;[D];天津大学;2006年
王丽娟;[D];长安大学;2005年
王银华;[D];北京交通大学;2008年
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李进元;[D];成都理工大学;2002年
万国荣;[D];成都理工大学;2004年
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金解放;赵奎;许振华;;[J];露天采矿技术;2006年05期
高西宁;郭巍;张玉龙;;[J];安徽农业科学;2006年16期
刘洋,王国强,周健;[J];地下空间;2005年02期
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周志刚;尹华杰;;[J];长沙交通学院学报;2006年02期
王志斌;李亮;杨小礼;;[J];铁道科学与工程学报;2007年01期
刘建军;卢正;江峰;;[J];地下水;2006年01期
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谢国海;章广成;;[J];地球与环境;2005年S1期
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王环玲;徐卫亚;童富果;;[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集（上册）[C];2006年
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沈宇鹏;[D];北京交通大学;2007年
张培文;[D];大连理工大学;2002年
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袁俊平;[D];河海大学;2003年
陈建余;[D];河海大学;2003年
王瑞钢;[D];天津大学;2004年
张伟;[D];武汉大学;2004年
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徐辉;[D];浙江大学;2006年
张卫民;[D];浙江大学;2006年
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王万昌;[D];广西大学;2006年
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京公网安备74号考虑饱和_非饱和渗流的土坡极限分析19
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考虑饱和_非饱和渗流的土坡极限分析19
第30卷第8期岩土力学Vol.30No.8200；文章编号：(；考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析；牛文杰13，叶为民2,3，刘绍刚4，禹海涛2,3；（1.浙江大学水工结构及环境工程研究所，杭州31；摘要：给出了均质土坝的下游坝坡的安全系数的计算方；Limitanalysisofasoilslop；NIUWen-jie，Y
第30卷第8期
No. 8 2009年8月
Rock and Soil Mechanics
2009文章编号： (77－06 考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析牛文杰13，叶为民2, 3，刘绍刚4，禹海涛2, 3-（1. 浙江大学 水工结构及环境工程研究所，杭州 . 同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092； 3. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 . 同济大学 环境科学与工程学院，上海 200092） 摘
要：给出了均质土坝的下游坝坡的安全系数的计算方法。均质土坝的下游坝坡有可能会通过滑裂面发生破坏。土坝中的土坡通常处于非饱和状态。非饱和土坡的安全系数计算需要考虑吸力对抗剪强度的贡献以及土坡中的非饱和渗流。给出处于饱和-非饱和渗流状态下的土坡的安全系数，有助于评价均质土坝的安全系数。下游坝坡的安全系数计算方法有：极限平衡法、上限解法和下限解法，该算法适用于非饱和土坡，且是在饱和土坡安全系数的计算方法上修正得到的。算例中非饱和土坡安全系数的计算考虑了吸力对抗剪强度的贡献。考虑非饱和渗流理论的土坡安全系数计算方法通常更加接近现场实际情况，并且对于同一坝坡，考虑非饱和渗流计算出的土坡安全系数要比饱和渗流理论计算出的安全系数大。 关
词：饱和-非饱和渗流；土坡；极限分析；安全系数；均质土坝 中图分类号：TU 443
文献标识码：ALimit analysis of a soil slope considering saturated-unsaturated seepageNIU Wen-jie，YE Wei-min1-32, 3 ，LIU Shao-gang4，YU Hai-tao2, 3（1. Institute of Hydraulic Structure and Environment Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, C2. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, C 3. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University,Shanghai 200092, C 4. School of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China） Abstract: This computing method addresses safety factor with respect to unsaturated slope of downstream homogeneous earth dam. Method to calculate safety factor of unsaturated slope is highly connected with shear strength criteria of unsaturated soil and seepage analysis of unsaturated slope. There is a potential risk for the soil slope of a downstream earth dam to burst along the sliding surface. Most slopes in earth dams are in unsaturated state. This computing method is intended to provide safety factor of a soil slope in saturated-unsaturated seepage. Determining the safety factor of a slope provides information to facilitate the safety assessment of a homogeneous earth dam. This computing method covers a procedure for determining safety factor of unsaturated slope of a downstream earth dam with limit equilibrium method, lower-bound and upper-bound method. This computing method is suitable for unsaturated slope. It is revised on the method to evaluate the safety factor of a saturated soil slope. The contribution of suction to the shear strength of unsaturated soil has been considered. In an example, safety factor of a soil slope is calculated in saturated seepage theory or saturated-unsaturated seepage theory. It is found that the safety factor of a slope considered the saturated-unsaturated seepage in a slope and the suction contribution to shear strength is larger than the one only considers the saturated seepage of a slope.
Key words: saturated- homogeneous earth dam1
言土石坝是利用当地土石材料填筑而成的挡水坝，其中一种是均质土坝。土石坝不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主要是坝坡滑动或连同部分地基一起滑动。水库蓄满水（一般为正常蓄水位）形成稳定渗流时，一般需要验算下游坝坡稳定。土坡的安全系数评价准则还在发展之中，它属于研究的热点，主要的研究集中在滑裂面的确定方法，上限解和下限解解法，滑移线方法和极限平衡法与极限分析方法的区别，安全系数的确定是采用强度折减还是增大荷载方法，非饱和土坡的渗流耦合下的安全系数分析，以及考虑边坡系统内的不确定性等方面。运动单元法通过引进单元运动分析、静力分析和优化求极值分析，自动完成岩土工程剪切破坏区和最危险滑动面的搜索。曹平等[1]利用运收稿日期：第一作者简介：牛文杰，男，1982年生，博士，主要从事岩土工程方面的研究。E-mail: 2478
2009年动单元法分析了边坡的稳定性。吴宏伟等[2]针对香港地区一种典型非饱和土斜坡，用有限元法模拟雨水入渗引起的暂态渗流场，然后将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。张鲁渝等[3]较为全面地分析了土体屈服准则的种类、有限元法自身计算精度以及坡高H、坡角β、黏聚力c、摩擦角?对折减系数法计算精度的影响，并给出了提高计算精度的具体措施。秦卫星[4]使用有限单元法研究了边坡的安全系数。由此可见，对土坡的极限分析主要是集中在不考虑渗流或者考虑饱和渗流条件下的土坡极限分析中，因此，通过一个具体的算例，首先利用SLOPEW软件对一土质边坡进行了饱和渗流的土坡极限分析，然后进行了非饱和土坡的极限分析，并比较了两者计算结果的差异。从计算结果可知，当非饱和土坡考虑吸力对抗剪强度的贡献时，非饱和土坡的安全系数要大于饱和土坡的安全系数。2
极限分析的上限和下限2.1
上下限定理下限需满足平衡方程、应力边界条件，处处都不违背屈服准则的应力分布所单度确定的荷载，不会大于实际荷载[5]。对于岩土工程材料，还需要满足不容许出现拉应力的限制条件[6]。上限应满足速度边界条件、应变与速度相容条件的假想破坏模式，使外功率与内部能量耗损率相等所确定的荷载不会小于实际破坏荷载[5]。 2.2
上下限定理的证明这里分析了美国学者和中国学者对上下限定理的证明方法，指出其证明的本质和过程是相同的。下限解总是对应可静应力场，须由静力平衡条件和屈服条件求得；上限解总是对应破坏机构的速度场，须由功方程（外功率等于耗损）来求解。沈珠江[7]、徐秉业等[8]分别证明了上下限定理。徐秉业[8]认为，上下限定理是建立在刚塑性模型假定基础上的，可由Drucker公设及虚功率原理来证明，Drucker公设是针对稳定材料的。陈惠发[5]也证明了上下限定理，从屈服面的凸性和塑性应变率向量对屈服面的正交性来认识屈服函数与流动法则，并认为虚功率原理在小变形假定下才会成立。上下限定理是建立在理想塑性模型假定基础上的，并且应用于塑性材料。证明上下限定理可以给出求解上下限荷载的方法，并且从理论上保证这些方法是正确的。 2.2.1 下限定理的证明极限分析问题中，设刚塑性物体的体积为V，表面积为S，根据虚功方程有下式[5, 7, 8]成立：(P*l?Ps)∫SuidS=∫V(σ?σ0)ε*idV
（1）式中：Pl为完全解对应的荷载；σ为完全解下的应力；ε?i为完全解下的应变速率；u*i为完全解下的位移速率；σ0为静力容许的应力；Ps为可静应力场对应的荷载。鉴于凸性和正交性要求，σ0在屈服面内时，(σ?σ0)ε*i&0，因此Pl&Ps。这就证明了完全解对应的外荷载大于可静应力场对应的外荷载。 2.2.2 上限定理的证明在机动容许场下，同样根据虚功方程[5,7,8]有下式成立：(P**K?Pl)∫SujdS=∫V(σ??σ)εjdV（2） 式中：ε**j为机动容许解下的应变速率；uj为机动容许场下的位移速率；σ?为机动容许场中的应力；PK为机动容许场对应的外荷载。由于凸性和正交性要求，式(2)右端项(σ??σ)ε**j&0，由于uj&0，因此PK&Pl。这就证明了机动容许场对应的外荷载大于完全解对应的外荷载。2.3
上下限定理的应用情况求出上下限荷载的方法不同于滑移线场分析和极限平衡法，另外，可以避开渐进性破坏的复杂分析过程，因此，求出荷载的上限和下限是一种非常简单和快速的方法[5]。土力学中的大量实际问题需要求解破坏荷载。徐秉业[8]主要将上下限定理用于对梁和板等结构的分析。陈祖煜[10]对拱座进行了三维极限分析。陈惠发[5]对地基、挡土墙和边坡的极限荷载进行了计算。潘家铮[9]认为对于给定的滑动面，必须寻找能得出最大安全系数的可静应力场，而在各种不同的滑动面中必须寻找安全系数最小的一个[7]。3
极限平衡法所谓极限平衡法，就是传统上一直用来近似求解土力学稳定问题的方法。由极限平衡法获得的解不一定是一个上限或是一个下限。然而任何极限分析的上限解显然是一个极限平衡解[5]。第8期
牛文杰等：考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析
2479边坡稳定定量分析是高陡边坡加固治理研究的基础。国内外广泛使用和较为成熟的边坡稳定计算方法有：Fellenius法，也称普通法（ordinary）或Sweden法；简化毕肖普法（Bishop simplified）；简化江布法（Janbu’s simplified）；Spencer法；美国陆军工程师团1（corps of engineers #1 method）；美国陆军工程师团2法（corps of engineers #2 method）；Lowe-Karafiath法；Morgenstern-Price法和普遍极限平衡法（GLE）[11]。这些方法中，美国陆军工程师团法[12]仅满足静力平衡条件，需要对土条侧向力的倾角β作出假定，建议的数值是边坡的平均坡度；Morgenstern- Price[13]法同时满足力和力矩平衡条件，不需要对侧向力倾角的具体数值作出假定。4
土坡极限分析模型对于发生大面积非饱和渗流区的土坡，主要是需要考虑基质吸力对抗剪强度的贡献。 （1）应力平衡方程[11,14]σij,j+Wi=0
（3）式中：σij, j为σij在j方向求偏导；Wi为体积力。 （2）边界条件（力学和几何）σijnj=Ti
（4）式中：Ti为作用于表面S上的边界力；nj为S面法线的方向导数。ui=i
（5）式中：i为表面S上的位移。 （3）变形协调条件εi,j+uj,ii,j=u2（6）式中：ui,j为ui在j方向求偏导。 （4）应力-应变关系和塑性极限状态方程σij=Cijklεkl
（7）式中：Cijkl为反映弹性或弹塑性本构关系的张量表达式。f(τ?(σf?ua)ftan?′?c′?(ua?uw)ftan?b)≤0
（8） 式中：τ为破坏面上的剪应力；(σf?ua)f为破坏面上的净法向应力状态；?′为与净法向应力状态有关 的内摩擦角；c′为有效黏聚力；(ua?uw)f为破坏面上的基质吸力；?b为抗剪强度随基质吸力增加的速率。（5）非饱和土渗透系数和吸力的本构关系k=ksatf(s)
（9）式中：k为非饱和渗透系数；ksat为饱和渗透系数；f(s)为基质吸力的函数。 （6）水头边界条件h=H
（10）式中：h为计算区域边界上的水头；H为边界水位高度。5
计算和分析方法5.1
饱和-非饱和渗流场的计算方法复杂边界条件下土坡饱和-非饱和渗流场的计算方法通常需要采用有限元方法，最后归结为解非线性方程组。二维稳态渗流的有限元形式[15]曾用Galerkin的加权残数法原理推导出来（Papagiannakis 和Fredlund）：∫A[B]T[kw][B]dA{hwn}?∫s[L]Twds=0
（11）式中：[B]为单元面坐标矩阵在x方向和y方向求偏导；[kw]为渗透系数矩阵；{hwn}为节点处的水头矩阵；[L]为单元面坐标矩阵；w为垂直于单元边界的外部流速；s为单元周长。 5.2
土坡的极限分析方法土坡的极限分析方法有极限平衡法和有限元法，其中极限平衡法假定条间力的关系，将土坡简化为静定结构来进行计算。土坡的有限元分析方法满足严格的应力平衡和位移协调条件的偏微分方程，利用虚功原理进行分片离散，得到以各个节点位移为变量的线性代数方程组，其中土体的本构方程通常采用Mohr-Column弹塑性本构模型。6
计算简图一土坡，底部宽120 m，顶部宽30 m，左边高度为40 m，右边高度20 m，赋存有地下水，左端边界地下水水位高30 m，如图1所示。在实际工程中，图1可作为均质土坝的下游坝坡的计算简图。除了上游坝坡在水位骤降下的安全系数验算等，下游坝坡的安全系数计算是均质土坝安全性验算的一个重要方面。2480
2009年 图1
饱和-非饱和渗流土坝计算简图Fig.1
The simplified paragraph of the earth dam 6.2
计算参数非饱和土-水曲线参数如表1和图2所示。表1
非饱和土渗透系数-吸力曲线特征点参数值 Table 1
Parameters of the hydraulic conductivity andsuction of unsaturated soil点号 孔隙水压力/MPa渗透系数/（m/s1（左下点）-3.461 2×10-23.732 3×10-8）2（右上点）05.000 0×10-4 图2
非饱和土渗透系数-吸力关系图Fig.2
Relationship between hydraulic conductivity andsuction of unsaturated soil 按照现在的吸力测试技术，非饱和土的吸力最大可以测量到300 MPa左右。 6.3
土体物理力学参数某种粉土天然重度为16.37 kN/m3，土粒相对密度Gs = 2.67，孔隙比e = 0.805。土体饱和重度为18.87 kN/m3，内摩擦角?=30o，黏聚力c =10 kPa，?b=20°。在土体的极限分析中，浸润面以上的土体按照天然重度进行简化计算，浸润面以下的土体按照饱和重度进行计算。 6.4
计算方法SLOPEW软件的计算方法是：由于需要对渗流作用下的土坡进行分析，因此算例中首先计算土坝的饱和-非饱和渗流场，然后进行极限分析。其中，极限分析通常采用条分法，即把饱和-非饱和渗流场的孔压数值应用在条分法的分析中，而有限元方法则采用弹性本构模型，在不考虑渗流场的情况下通过有限元方法计算出应力场，最后结合渗流场计算的孔压值，采用圆弧滑面搜索方法，通过条分法计算出安全系数。7
计算结果7.1
渗流场计算结果图图3计算的是土坝中渗流场的孔隙水压力。图3中水头为0的线条即为浸润线，也就是饱和区与非饱和区的分界线。另外，非饱和区的吸力最大会在100 MPa左右。 图3
渗流场的孔隙水压力计算结果（单位：MPa） （左端边界总水头为30 m，右端边界总水头为0 m） Fig.3
Pore water pressure calculating results (unit: MPa) 7.2
饱和土坡的安全系数在仅考虑饱和渗流计算的土坡下限解计算中，土坡的抗剪强度计算按照饱和土强度的计算方法，即不考虑吸力对抗剪强度的贡献。浸润线以上土坡的重度取为天然重度，浸润线以下土坡的重度取为饱和重度，并且土坡的抗剪强度计算按照饱和土强度的计算方法，即不考虑吸力对抗剪强度的贡献。其中，土坡的浸润线按照图3中计算的浸润线的位置来确定。Spencer、Morgenstan-Price、Janbu、有限单元等方法计算土坡的安全系数，可以通过Geostudio软件进行。7.3
非饱和土坡的安全系数在非饱和土坡安全系数计算中，除了有限元方法进行了一部分简化的假定外，其余计算中均认为第8期
牛文杰等：考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析
2481浸润线以上土坡的重度取为天然重度，浸润线以下土坡的重度取为饱和重度，并且土坡的抗剪强度计算按照非饱和土强度的计算方法，即考虑吸力对抗剪强度的贡献。土体的重度采取浸润线以上土坡的重度取为天然重度，浸润线以下土坡的重度取为饱和重度。图4是计算得到的滑动面上某一点的土的抗滑强度与该点的水平坐标间的关系图。从该图中发现，当滑裂面上的点的水平坐标比较大时，该点会处于浸润线下方且上方土的厚度较小，造成该点的吸力为0，且总抗滑强度趋近于0。 图4
非饱和土φ b =20°的非饱和土吸力值, 摩擦力和黏聚力 Fig.4
Result of suction, frictional strength and cohesionstrength of unsaturated soil when φ b =20° 8
计算结果的讨论算例中没有考虑应力和吸力的耦合，属于简化方法，严格的计算方法应该属于在重力（外荷载）下考虑弹塑性极限的Biot固结，即考虑渗流-应力耦合。8.1
非饱和土坡与饱和土坡的安全系数由表2可以看出，非饱和土坡安全系数要大于饱和土坡安全系数。8.2
不同计算方法的安全系数由表2可以看出，陆军工程师团1法计算的安全系数通常较大，Morgenstern-Price法、Spencer法和GLE法的计算结果比较一致且通常较小。需要注意的是陆军工程师团2法计算的安全系数通常非常大，其原因是陆军工程师团2法在把边坡这一超静定结构简化为静定结构的过程中所采取的简化假设条件有使边坡安全系数大于实际值的趋势。因此，在今后使用陆军工程师团2法时，应该留意这种方法可能过于乐观地估计了边坡的安全系数。 表2
安全系数计算结果的比较Table 2
Comparisons between safety factors calculatedwith different methods计算方法饱和土坡的安全系数非饱和土坡的安全系数FEM 1.431 1.537Morgenstern-Price法1.430 1.547Spencer法 1.429 1.548 GLE法 1.430 1.547 陆军工程师团1法 1.435 1.577 陆军工程师团2法 1.463 1.608 Bishop, Ordinary 和Janbu法1.428 1.5438.3
算例中的方法讨论算例中的方法应该都属于极限平衡法，其中FEM方法计算的应力分布如果是一个满足平衡条件、应力边界条件和屈服准则的可以接受的应力分布，则可以认为是一个下限解。算例中饱和土区的安全系数计算采用的是水-土合算的方法，即对于渗透系数较小的黏性土等地基，土的重度取饱和重度，土的强度指标取总应力强度指标[16]。塑性极限分析的理论基础是连续介质上的虚功率原理。离散单元法属于非连续介质力学，其算法基础是达朗伯-拉格朗日动力学方程（刚体）与块体间接触力模型（变形体）。因为岩质边坡中含有断层和节理，所以通常应用离散单元法来分析岩质边坡崩塌破坏后的位移、速度和转角随时间的变化[18]。因此，塑性极限分析方法主要用来提供一种求得边坡安全系数的简化方法，保证大坝和铁路沿线边坡的安全，而离散单元法主要用来分析岩质边坡在破坏崩塌后各个岩块的位移场、速度场、加速度场和转角随时间的变化，用来为矿山开挖提供防护依据及采取合理的开挖方法。 8.4
今后的研究方向水位变化对非饱和土坡安全系数的影响将在以后讨论。一般认为需要考虑渗透力对土坝安全的影响，即土的渗透性较好时宜考虑渗流力而计算土压力和水压力[17]。这就是说，需要通过水-土分算来计算土坡的安全系数[16]。水-土分算主要用于砂土等渗透系数较大的土，并且可以考虑渗透力的作用。考虑渗流情况下，在沿土坡的顺层方向上发生渗流时，土坡的极限分析需要考虑有效应力，即在计算的法向总应力上减掉孔隙水压力。土的重度取有效重度，土的强度指标取有效应力强度指标。采用条分法计算安全系数时，需要计算出划分的土条的水平方向上的水力坡降，进而计算出渗透力并作用在划分的土条上。岩石材料和混凝土材料的破坏准则主要有拉应包含各类专业文献、各类资格考试、外语学习资料、幼儿教育、小学教育、中学教育、生活休闲娱乐、考虑饱和_非饱和渗流的土坡极限分析19等内容。　
　二、有渗透水流的均质土坡 挡水土堤内形成渗流场,...称为圆弧滑动法,是极限平衡法的一种常 用分析方法...各种简化假定大体上分为三 种类型: (1) 不考虑... 　刚骤降瞬时这两种极端情况的土坡稳定性 ,但其中没有考虑非饱和非稳定渗流的 ...分析了饱和 - 非饱和非稳定 渗流条件下土坝的安全系数 ,并与极限平衡法进行... 　十一、 选择题 土坡稳定分析 1 在地基稳定分析中,...17 图示边坡不考虑地下水渗流时,绕 O 点转动的滑动...? 19.2 kN m , 饱和重度 ? sat ? 20.2 kN... 　当 S=1,也就是当土体饱和时,Se=1-Sr1-Sr=1,基质吸力 ua -uw=0。那么,...[5]进行了土坡二维非饱和渗流和极限平衡法的联合分析,渗 流分析中采用了考虑... 　因此,砂性土土坡的极限坡角等于土的内摩擦角 ? ,...。 例 6-1 一均质砂性土土坡,其饱和重度 γ =...(2)用条分法分析土坡稳定,对非均质土坡、土坡外形... 　因此,砂性土土坡的极限坡角等于土的内摩擦角 ? ,...和 ? 。 例 6-1 一均质砂性土土坡,其饱和重度...(2)用条分法分析土坡稳定,对非均质土坡、土坡外形... 　毕肖甫于 1955 年提出一个考虑条块间侧面力的土坡...进行饱和土的边坡稳定分析时,一般采用有效抗剪强度...渗会导致非饱和区孔隙水压力的升高, 4 渗流场暂态... 　2、有渗流作用时的无粘性土坡 当土坡中存在渗流作用...土坡的稳定条件,因此要考虑对土坡整体进行稳定性分析...分别是土的抗剪强度指标 C 和 ,坡角 ,极限坡高... 　① 非饱和土 ② 饱和土 ③ 干燥土 ④ 淤泥 2....土体在极限平衡状态下,剪切破坏面与大主应力作用面...)( 72. 肖甫条分法分析土坡稳定时,不考虑土条...}