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确定特有滑动方向的三维边坡稳定性分析

关键词：边坡稳定安全系数、极限平衡法滑动面

本研究开发了一种新的方法来计算独特的滑动方向。此外，编写的计算机代码，生成一个逼真的边坡三维模型进行SL运行稳定性分析。该方法的应用是通过重新分析的两个基准的边坡稳定性问题从文献和一个假想的边坡的稳定性问题，包括验证丁四个不同的斜坡。此方法适用于几何复杂的斜坡，因为没有必要为斜坡定义一个对称平面。此外，该方法的自动过程三维方法，使得它适合于使用在先进的搜索算法，以确定临界滑动面的斜坡。这些结果可能有助于管理常规二维问题三维边坡稳定性分析方法在复杂边坡稳定性分析中的不足之处，在确定滑动方向的方向。

1. 简介

新的分析方法和边坡稳定分析中的新技术和工具的集成提供了先进的分析、监控，并对滑坡和SLO预防方法PE的失稳（例如Dai et al., 2002; Donati and Turrini, 2002; Jing and Hudson, 2002; Lee et al., 2004; Terhorst and Kreja, 2009; Jiao et al., 2012; Zhang et al., 2012; Jiang et al., 2013; Jiao et al., 2013; Lowry et al., 2013; Massey et al., 2013）。然而，极限平衡法（LEM）仍然是一个受欢迎的边坡稳定性分析方法，因为它简单的原则，易懂的方式，和可靠的结果（Kahatadeniya et al., 2009; Mendoza et al., 2009; Di Maio et al., 2010; Ferrari et al., 2011; Zheng, 2012; Huang, 2013; Kalatehjari and Ali, 2013; Thiebes et al., 2013）。由LEM评价斜坡的稳定性分析应用在二维（2D）和三维（3D），在建模分析坡面形状和实际滑动过程，这两种方法都有一定的局限性。特别是二维的分析，主要是减少问题的纯应变条件。所有这些二维方法忽略考虑了边坡第三个维度的无限宽。显然，斜坡一般是有限的，在第三个维度，并涉及一些变化的纵向方向。因此，进行三维分析是最好呈现边坡条件在其纵向上的变化，尤其当斜面的几何形状和其它特征是在复杂的第三维度。三维分析的主要特点之一是三维形状的滑动的表面上，这已被一些研究者研究了。这个参数可以显著影响通过增加安全系数的数值分析结果（FOS）由于结束效果T在三维分析的滑动面（Baligh and Azzouz, 1975; Chen and Chameau, 1983; Leshchinsky et al., 1985; Liang et al., 1999; Rassam and Williams, 1999; Arellano and Stark, 2000; Huang and Tsai, 2000）。其他重要特征的边坡稳定性三维分析的方向滑动（DOS）。二维分析的性质要求的滑动机构，通过一个假定的方向，乙但它是可以计算的DOS在三维问题。DOS是一个角度，从积极的X轴滑动显示了重要的运动方向，逆时针的路线计算ng - y（图1）。这个参数是由黄和蔡先生介绍（2000）在计算三维Fos。这个参数的重要性应该得到解决，因为它会影响到该值的值F FOS和最终确定的临界滑动面（CSS）。无论DOS在3D FOS的计算可能会导致在边坡稳定性分析中的错误。

从anagnosti（1969）、几种基于LEM 3D方法已经建立，从第三个维度分析边坡的稳定性。大多数这些方法都是有限的n实践，然而，由于他们的假设和局限性。采用对称的平面滑动质量是一种常见的假设，在三维方法中，这是等于假设的（例如Hovland, 1977; Chen and Chameau, 1983; Dennhardt and Forster, 1985; Leshchinsky et al., 1985; Ugai, 1985; Leshchinsky and Baker, 1986; Baker and Leshchinsky, 1987; Hungr, 1987; Leshchinsky and Mullet, 1988; Ugai, 1988; Xing, 1988; Hungr et al., 1989; Cavounidis and Kalogeropoulos, 1992; Leshchinsky and Huang, 1992; Lam and Fredlund, 1993; Jiang and Yamagami, 2004; Zheng, 2012）因此，滑动体是必然要沿平面的对称性，以保持力/力矩方程的平衡。这一假设简化了分析，并加快了计算的假设，即滑动块体是一个对称体，用它的一半替换整个滑动块。然而，有没有保证的DOS真实的估计，因为一些不对称参数（如不同新台币层和局部荷载）可能与边坡。此外，这些层面的假设并不适用于复杂斜坡不对称几何。因此，实际应用大量的三维方法是有限的对称问题。

图1 离散滑动质量采用正方形网格。

一些研究人员曾尝试计算DOS在推广3D方法应用不对称问题（Yamagami and Jiang, 1996; Huang and Tsai, 2000; Huang et al., 2002; Cheng and Yip, 2007）。这些方法也有其局限性，在基本理论和实践。例如，Yamagami and Jiang (1996)提出了计算DOS仅限于斜坡第一法有一个倾斜的高达45。这种方法被 Cheng and Yip (2007)质疑，由于其极为耗时的过程找到DOS。他们得出结论说，限制这种方法在实践中排除了它的普遍适用性。另一种方法属于Huang and Tsai (2000)，包括在他们的3D分析DOS没有提出一个实用的计算计算方法。除此之外，这种方法忽略了水平力，导致了可以横向高度不对称的斜坡不稳定，由Huang and Tsai (2000),提出了一种计算DOS考虑安全定向因素方程法（DFOS）为滑体分为一系列的专栏。这种方法假定不同的对柱脚在失败的边缘滑动irections。虽然这个假设加速整体DOS计算，这意味着土壤柱分离对FAI的边缘引诱。这个假设是对失败的质量刚度问题的基本定义一个对比。Cheng and Yip (2007)也观察到了这种方法在analyz-i收敛问题高非对称斜坡以及横向荷载作用下的边坡。他们提出了一个复杂的过程来分析一般的斜坡的稳定性和计算的。这种方法使用了几个我中心连接的迭代过程来确定其未知变量和应用角度的离散间隔确定DOS。这种方法的主要缺点是在相互的依赖瓦尔的DOS和增加计算时间要求提高DOS的准确性。因此，没有现有的方法可以成功地计算出的。

本文建立了一种简易的边坡稳定性分析方法，并介绍了一般边坡的独特性。这种方法是基于LEM作为折衷的方法能计算了独特的DOS和一般边坡外部力量，相应的FOS不同层次、不同水分条件，和复杂的几何形状。

2.所提出的三维方法

几乎所有的三维边坡稳定性分析方法的基础上，运用柱的方法问题（Yamagami and Jiang, 1996; Huang and Tsai, 2000; Huang et al., 2002; Cheng and Yip, 2007）。该方法的第一步骤是离散选择的滑体成“列”数。一个典型的三维柱系统是通过施加一个正方形网的滑动质量。通常的网格线与水平轴平行的网格宽度值决定了网格线之间的间距以及列的宽度。一列需要在滑动面上的斜坡材料。全硅假定该列的是平面的，这实际上是适当的，如果网格宽度值是足够小的。被定义为柱中心点是在B的“活动栏目”滑体的oundaries。在滑体的列被忽略的计算为“活动栏目”。因此，离散滑动质量被定义为有源的总和色谱柱。一个分类系统采用X和Y方向的位置显示每列。图1通过一个正方形网格说明了滑动质量的典型离散化。TH下列步骤进行了设计和计算机程序对滑体编码。

1. 边坡模型在x和y方向的最大斜率和最小斜率由使用者的 [xmin, xmax]和[ymin, ymax]确定。
2. 由使用者输入的斜坡表面的三维数据为（x，y，z）。
3. 正方形网格宽度由使用者所规定为（d）。
4. A正方形网格中的x-y平面由分割的距离产生，除以最小和最大的界限之间的距离，在X和Y方向的网格宽度为[ n =（Xmaxminus;xmin）/ D ]和[ M =（YMAXminus;Ymin）/ D ]。
5. X和Y坐标矩阵网格点后使用[XG ]和[ YG]产生x，y。这些矩阵的维数是（mtimes; n）。
6. 每一个网格点的高度是由插或外推的坡面可用的三维数据和得到的Z值之间得到一个新的矩阵记为[zs]。
7. 因此，每个点的正方形网格，在边坡表面可以通过X向、Y和Z坐标为（XG，YG，ZS）。
8. 假定滑移面的三维方程。根据问题的条件和要求，该方程适用于椭球形、球形或圆柱形的形状。例如，半径（转）对球面滑动面的中心点坐标（x0，y0，Z0）被假定在式（1）xminus;x0THORN;2 thorn; eth;yminus;y0THORN;2 thorn; eth;z minus;z0THORN;2 frac14; r2 eth;1THORN;
9. 对滑动面各点的高度（Z = ZSS）的正方形网格，通过求解X和Y = = XG YG和得到的Z值的滑动面方程都记录在一个新的矩阵作为[ass]。
10. 因此，每个点的正方形网格在滑动面可以通过X向、Y和Z坐标为（XG，YG，ZSS）。
11. 最后，所产生的矩阵[xg] [yg][zx]和[ass]，是用来生成柱内滑体。

在滑体离散化后，力和力矩方程可以应用于列。图2说明了一个典型的列的内部和外部的力量，其中Wi,j是土柱的重量，Lzi，j是外部竖向荷载， Lxi,j和Lyi,j是在X和Y方向外部荷载， Fevi,j 是由地震力引起的垂直力，Fehxi,j和Fehyi,j是在水平力在X方向和Y方向的地震力引起的，Exi minus; 1,j和Exi,j 是在X方向和Y方向柱间的法向力，Eyi,j minus; 1和Exi,j是在y方向柱间的法向力，Xxi minus; 1,j和Xxi,j是X方向的垂直剪切力，Xyi,j minus; 1和Xxi,j是Y方向的垂直剪切力，Hxi minus; 1,j和Hxi,j是中心柱在X方向上的水平剪切力，Hyi,j minus; 1和Hxi,j是中心柱在Y方向上的水平剪切力，Si,j和Ni,j分别是柱底的剪切力和总法向力。力的作用点划分约定为，当作用力在轴的正方向时，合力的方向是正向的。

图2。作用于一个典型列的内部和外部力量。

3。独特的滑动方向的计算

本文利用Huang and Tsai (2000) 介绍分布式光纤传感器的定义获得不同方向的不同值Fos。这是可能的，通过计算相应的抗D动员力在各个方向。一个类似的程序，Huang et al.s (2002) 来计算在X方向和Y方向的Fos。为了离散的作用力在X和Y方向，DOS和每列的基地，其空间角度是必要的。三种不同的假设可用于DOS在三维边坡稳定分析失败的边缘基于柱法。首先，土柱移动在同一个秩序，有一个独特的。二种假设认为，土柱向彼此移动，第三个假设是土壤的共同柱相互远离。如果第一个假设考虑在内，DOS独特的水平面上的所有列，但不同的角度产生的预测的基础上的列的。相反，在第二和第三个假设的拒绝服务是不是一个统一的阙角在水平面上，可以按不同栏目的滑动方向的平均角。在这种情况下，在基列上的空间滑动角可以是不同的耳鼻喉或等。图3描述了三个假设。

作为问题的一项基本原则，滑体被认为是濒临失败的刚体。这一原则被废除，如果土柱移向或远离彼此。而且，总和力和静态方程的时刻不再是在上述情况下有效（Cheng and Yip, 2007）。因此，第一个假设是唯一的真正的选择，可以得到一个独特的拒绝。这个定义Fos作为阻力的驱动力和莫尔-库仑破坏准则–率可以用来计算在每一列的基地Fos的价值。

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