圆弧条分法土坡稳定分析的VB电算解法5.22.ppt

圆弧条分法土坡稳定分析的VB电算解法各位专家（代表）：早上（下午）好！我的演讲主题均质粘性土边坡（以下简称土坡）稳定性分析由于其滑动面一般接近圆柱形——从平面上看，就是圆弧形，因此长期以来此问题求解的方法都是采用瑞典圆弧法，或简称圆弧条分法。此方法由于滑动面呈圆弧形，滑动面上不同点的法向应力与剪应力的值与方向均不同，因此计算时把滑动体从滑动圆心的两侧划分为许多宽度相等的竖条（其中滑动圆心正下方记为0条），依次计算各竖条上的法向应力与剪应力，最后分别进行抗滑力和下滑力的各自累加，从而求得针对该假设滑弧的土坡稳定安全系数Ks。
然后在坡面上以及坡顶、坡底面上每隔一个微小的间距假设一条滑弧，或者由距离坡顶面垂直距离为2H、距离坡脚A点水平距离为4.5H的M点；然后由表查得β1=25°β2=35°，作MO沿长线上任取一点O1，作为第一次试算的滑弧中心，通过坡脚作相应的滑弧AC。然后再假设滑弧圆心为O2、O3、O4、……每次依据上式计算土坡稳定性系数Ks，得出较小的那个安全系数KM，然后在其对应的圆弧圆心处作垂线，在垂线上同理定出o1、o2、o3、……，针对每个滑弧圆心在可能取值范围内取大小不同的半径R值进行计算，最后就可以得到土坡稳定最小安全系数Kmin。圆弧条分法土坡稳定分析计算的方法，主要应用于公路、铁路、桥梁、工业与民用建筑的天然土坡以及其它松散岩类边坡；也广泛应用于水利水电工程的边坡稳定性分析，尤其是土石坝边坡的稳定性分析，著名的如土石坝STAB2005边坡稳定分析程序等，就是利用圆弧条分法求解土石坝边坡稳定安全系数的一个半自动化分析计算软件。然而即便是土石坝STAB2005稳定性分析程序，也需要在AutoCAD中人为画出试算圆弧来让计算机进行计算，因此只能算半自动可视化程序。这样先人工画出假设滑弧再让机器去计算土坡稳定最小安全系数的方法，自然影响时效及精度，因为你不可能有时间和耐心去针对水库大坝运行的每一种工况（一般至少有十几种工况）画多达100条滑弧！——就别说更多的）。因此笔者认为在这一领域有必要（同时也完全有可能）开发和设计出更加自动化和人性化的高效软件。迄今为止，求解均质粘性土边坡稳定最小安全系数Ksmin，通常都采用瑞典圆弧法或圆弧条分法，由于该法存在大量的手工作图以及滑弧试算，因此如果采用过去传统的人工方法求解，则因为效率低下，不但浪费稿纸和笔墨、浪费大量宝贵的时间，而且还难以得出较为精确的解答。为此，笔者利用VisualBasic6.0编写和开发了可视化的土坡稳定分析程序，该程序及解法具有如下特点：①作图与试算全过程可视化跟踪显示，其优越性是过去的DOS计算程序所无法比拟的；
②速度快，能在一分钟之内（一般仅需10秒左右）找到最危险滑弧以及土坡稳定最小安全系数Ksmin；
③充分体现圆弧条分法的精髓，精确度高；
④简单易行，并且经过若干教材的例习题演算，证明结果一致；
⑤演算过程进行速度可以调节，便于观察和教学；
⑥程序大小仅72KB，但却功能完善，完全可以满足教学需要（当然也完全可以用于工程计算）；
⑦自动化程度高：仅需输入必要的坡高、坡比（或坡度角），土的容重γ以及土的抗剪强度参数φ、c的值，即可自动完成计算，因此为全自动化设计，功能上明显优越于目前有的半自动化边坡稳定分析程序（如有的为DOS程序；有的虽然是可视化程序，但却是半自动化的，需要在AutoCAD里人为画出试算滑弧，然后才能让机器去计算土坡稳定最小安全系数，这自然影响时效及精度）；

⑧分条数可突破人为影响及限制，例如可以达到1000条之多；
⑨无论何种条件下，当分条数逐渐增多时，土坡稳定最小安全系数Ksmin均能趋于一个稳定的极限值，证明计算方法以及计算结果是正确的且是可靠的和稳定的；
⑩可以考虑渗透力的影响。下面就本程序的编程思路作一些必要的说明和讲解，以便和有兴趣致力于此方面研究的同仁共同探讨，并希望得到专家的指点，以便使程序变得更加完美和人性化。
一、滑弧圆心的确定变得简单化：试算法首先要确定的是滑弧的圆心，由于过去是采用人工作图计算，工作量或者说劳动强度可想而知，于是必须尽可能地缩小滑动圆心的范围，这样一来才需要定出M点坐标（4.5H，2H）、确定O点所需的参数β1＝25°，β2＝35°，以及利用十字交
叉方法确定滑动圆心Oi点的做法就是必需的和可以理解的；但是对于计算机来说，它最不怕的就是计算，因而这种做法就显得多余或者说不必要了，我们可以让它在平面上可能的区域（即所画圆弧至少有一端能交于坡面、坡顶或坡底，而另一端也不至于悬空的点）在纵横两个方向每间隔一定的点计算一次去寻找最危险滑弧，问题因此有了更为简单而圆满的解决办法。
二、分条面积计算简单化：由于分条宽度b是固定的，所以分条面积取决于分条高度hi，笔者采用解析几何方法加以处理：