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[原创]从事边坡稳定性分析的朋友,看完本文,你还会相信强度折减法吗? [复制链接]

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离线shenyl0211

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只看该作者 96楼 发表于: 2011-12-12
回 95楼(zhew) 的帖子
      首先,传递系数法本来只有一种,就是铁路规范首先采用、现在多部规范逐渐采用的方法。 o_:Qk;t  
             但是,无论是编规范的人,还是用规范的人,都没有几个理解传递系数法,其中包括所有院士。 00,9azs  
             后来,出现了很多基于摩尔-库仑破坏准则的稳定性计算方法,院士们就用摩尔-库仑准则或毕肖普关于稳定系数的定义推导传递系数法,结果发现传递系数法的传递系数中少了一个稳定系数K,于是将根本没作任何简化的传递系数法妄称为简化法。 D% @KRcp^b  
             于是,出现了超载法和强度折减法(强度储备法)。 _sm;HH7'*  
             于是,专家们之间开始出现意见分歧。 xvO 3BU~2  
             于是,院士们开始大批特批传递系数法。 r9 ;`  
             于是,我被发了这个帖子。 8|vld3;  
      其次,针对——潘家铮院士对一般采用“强度储备法”而较少采用“超载法”的分析是这样的:(1)许多问题中,外荷载较为明确,而材料强度变化较剧,又不易精确测定,其取值较无把握,设计中之所以要保留安全系数主要也是为此;(2)许多问题中,自重往往是最主要的荷载,但自重既产生下滑力,也产生抗滑力,采用超载系数的概念不够明确;(3)在应用各种极限平衡法作稳定分析时,如将材料强度处以K并令整个体系处于临界失稳状态,则能简化分析工作。——的回复,别的不想多说。 AgI>  
             潘家铮院士犯了一个极其严重的概念错误:不知道安全系数为何物。 iwkJ~(5z  
             安全系数是滑坡治理后应该达到的稳定系数,必须大于1。 8}K"IW  
             安全系数就是稳定系数,稳定系数就是安全系数,只是参照物(是滑坡,还是滑坡威胁的对象)不同、时间(设计时,还是滑坡治理后)不同而已。即:滑坡不稳定,滑坡威胁的对象就不安全,反之亦然。设计时的安全系数就是滑坡治理后的稳定系数。 4@))OD^x  
             安全系数不是想给哪个力赋多少就是多少的。安全系数反映的是对抗滑力和下滑力的了解程度,这是一些专家一直要求分清稳定系数和安全系数概念的原因。对滑坡越了解,考虑因素越齐全、准确,且滑带土强度指标取值偏低,则滑坡治理后的稳定系数可以要求低一些,表现为设计时的安全系数可取小一些;若对滑坡不很了解,考虑因素不齐全、偏危险,难以把握滑带土强度指标的变化情况且取值偏高,则滑坡治理后的稳定系数应该要求高一些,表现为设计时的安全系数应取大一些。 >e_%M5 0  
        超载法的概念本身也是错误的,它的来源是因为下滑力中乘以K,但这是由稳定性计算公式(稳定系数定义)决定的。 ^+a  
        强度折减法和强度储备法的概念本身也是错误的,它的来源是因为强度指标除以K,但这也是由稳定性计算公式(稳定系数定义)决定的。但K如果小于1呢?即滑坡正在变形呢? G:hU{S7  
        强度指标是取工程使用年限内最不利的强度指标,既不是现在的,更不是过去的,特别是对于潜在滑坡,是比较难取的,但其好处是指标可取高点,因为滑坡未动,摩擦系数比较高;对于已经变形的滑坡,可取现在的,因为治理之后强度指标应该有所提高,而施工时有开挖,是最不利的。 {tmKCG  
        正确的稳定系数定义是:稳定系数=抗滑力/下滑力, 只有相同性质的力才能相加,不同性质的力不能相减。传递系数法的精髓就在于此。它将抗滑桩、抗滑挡墙的抗剪力、滑面反坡段重力沿滑面的分力都作为抗滑力,是被动力。 =f4< ({9  
        稳定系数=抗滑力矩/下滑力矩是错误的,滑坡以水平位移为主,不存在整体倾倒破坏。 X4 Y  
        稳定系数=抗剪强度/剪切力也是错误的,强度能反映力,但不等于力,两者单位是不一样的。它无法描述抗滑桩、抗滑挡墙等的抗剪力,也无法描述滑面反坡段重力沿滑面的分力。 4[_L=zD  
        总之,院士们在滑坡稳定性和推力计算方面是很失败的——这与滑坡治理成功与否没有因果关系,因为涉及到:治理费用多少(如100万能治的花了150万)、滑坡是潜在的还是已经稳定的(可能不是滑坡,可能滑动之后进入新的彻底平衡状态)、地下水是否减少和强度指标是否提高(截排水措施采用后,或气候变化,或水力联系变化)、设计地震力是否产生过(部分下滑力是否存在)、设计的暴雨工况是否产生过(重力是否增加),等等。 7%tR&F -u  
           aL 8Gnqf2  
             YME[%c2x  
            
离线zhew

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只看该作者 97楼 发表于: 2011-12-13
        这个问题本不想在论坛里与楼主作过多讨论,因为似乎楼主已经彻底否定了传统的边坡稳定性计算理论体系,你已经驶入另一个车道了,因此我们的讨论肯定找不到一个切合点。 RA} U#D:$i  
       这里对楼主给出的答复,我有几点要说,不求与楼主共鸣,只希望对岩土论坛中广大岩友起到抛砖引玉的作用,引发大家对边坡稳定性计算理论的深入学习。文中观点点到即止,不再回帖作进一步解释 8s~\iuk  
        1、安全系数与稳定系数的区别。从1925年太沙基建立现代土力学基本框架至今,土力学的历程不过短短百年。由于同属土木工程范畴,许多土力学的概念与大土木理论体系是一脉相承的,边坡稳定性计算中的安全系数,乃是从结构工程的容许应力设计法中的安全系数衍生而来,其实质是结构在规定条件下、完成预定功能的概率的表达。随着可靠度理论的完善,容许应力法逐渐为概率极限状态法所代替。岩土工程界也在苦苦探寻一种更为精确的可靠度表达方法,但限于岩土参数的不确定性,彻底取代“安全系数”设计法的新方法一直未能出现。对安全系数的狭义理解,是结构体完成既定功能的可靠度,是一个结构体安全储备需要达到的目标值,其工程意义要求这个目标值必须大于1。而传统稳定性计算实践中,为区别于这一点,一般把岩土体自身稳定的能力用稳定系数来表征,这是表达岩土体在未采取工程措施状况下的稳定状况,稳定系数可以大于1,也可以小于1。当计算出的稳定系数达不到根据工程等级而确定的稳定系数最低要求时,需要岩土工程师采取人为干预方法,强行提高岩土体稳定能力至预期值,这个预期值就是我们所说的安全系数,安全系数必须大于1。因此,用隐式表达的传递系数法(后面会谈及)计算稳定性时的,通过对强度参数的放大或缩小,以试算的方式求得末端条块剩余下滑力几近于0时,强度参数的折减值或放大值即为岩土体的稳定系数。而在支挡结构计算中,我们在明确了安全系数要求后,将强度参数除以安全系数(大于1)折减后,带入传递系数公式中进行计算,与计算稳定系数不同,求解治理工程所需要承担的下滑推力时,不需要试算,参数代入,直接求出。简而言之,稳定系数是一个客观值,而安全系数是一个主观目标值。从广义上讲,不管是稳定系数还是安全系数,均代表边坡的稳定储备能力,在传递系数法的稳定性求解中具有同样的公式表达,因此许多资料并未将其严格区分,笼统称为“稳定安全系数”或“安全系数”。 v7L"`  
        2、传递系数法。这里纠正一下前面一位岩友的说法,传递系数法是我国铁路部门发明并推广应用的一种滑坡稳定性计算方法。其本质是力平衡原理,由于可以根据拟定安全系数求解支挡结构处的条块剩余下滑推力,便于支挡设计使用,在这种情况下造成推力不平衡的假象,因此又称作不平衡推力法。传递系数法在严格的通用条分法的基础上假定了上一条块的剩余下滑力的作用方向,亦即平行于上一条块的底面,因此传递系数法本质上仍然是一种简化计算法。应该指出,任何一种稳定性计算方法均是基于一定的假设而推导出理论计算公式,因此均存在特定的使用范围。对于稳定性计算的极限平衡法,Morgenstern对其适用范围作出界定:a 土条间不产生拉力;b 作用于土条界面的剪力不超过M-C法则所提供的抗剪强度。具体到传递系数法,由于对剩余下滑力平行于条块底面的假设,(1)在坡顶处,由于滑面倾角极大,可能出现剩余下滑力的竖向分力大于分界面的极限抗剪力的不合理情况;(2)在软弱夹层问题上,如上一条块以很大的角度向软弱夹层处传递下滑推力,可能出现软弱夹层处所承担的竖向力很大,而水平力极小,安全系数偏大的不合理状况,此两条违背了Morgenstern原则b;在上一条块剩余下滑力为负时,如果不作处理将负下滑力传递至下一块时,则违背Morgenstern原则a因此,广大岩友必须清楚认识到其局限和适用范围,只有做到这一点,才能更好地应用传递系数法进行稳定性计算。 =MCNCV/<  
        3、稳定性计算中的超载法和强度储备法。我前面的帖子里已经作了解释,这里要补充一点,超载法和强度储备法是稳定性计算方法中对安全系数的不同表达,新手岩友们注意不能与稳定性计算方法本身混为一谈。由于前一个帖子里的论述,普遍认为“强度储备法”在物理意义上优于“超载法”。从1950年Bishop首先定义边坡“安全系数”起至今的若干种主流的稳定性计算方法,均是采用强度储备法的安全系数表述。“强度储备”系数无需大于1,材料强度“缩小”是强度储备,“放大”是强度负储备。这已经是国际工程界广泛认可的一种做法,无需赘述。而“超载法”在下滑力前乘以安全系数K,是一种便于计算的显式表达,便于工程技术人员手算使用,而且,两种计算结果比较,并无孰大孰小的规律。因此,在多数情况下两种方法计算结果相差不大的前提下,多数规范推荐使用“超载法”。对此,《铁路路基支挡结构设计规范》(2009年局部修订版)有明确说明:“滑坡推力的计算方法是工程设计中的常用方法,其原理是通过加大自重产生的下滑力增加安全度。除此之外,还有一种计算方法,通过折减滑面的抗剪强度增大安全度,其物理力学意义比较明确,它反映了滑坡开始滑动时C 、#值降低的程度,但稳定分析时要用试算法确定安全系数,计算工作量较大。”楼主显然没明白通常讨论传递系数法“简化”的局限,其实是指对条块间作用力方向的假设的“简化”,而不是计算过程中采用“超载法”显式方程的“简化” %N>\:8 5?  
        4、稳定系数的表述,兼简谈国际上主流的稳定性计算方法。力学平衡指力平衡和力矩平衡,严格意义上的极限平衡法应该是二者皆满足的。瑞典圆弧法、Bishop法满足力矩平衡;Janbu法、美国陆军工程师团法、传递系数法满足力平衡;Morgenstern-Price法和通用条分法同时满足力平衡和力矩平衡,是具有更广适用范围的计算方法,而Spencer法是Morgenstern-Price法的一种特例。以上种种算法其实质都是极限平衡法在某一种或多种假定条件下的特殊形式,都有其适用范围。在均质的土质边坡中(C不等于0,与phi是否为0无关),滑体沿圆弧面滑动,其运动是滑体相对于滑床的相对位移和以圆弧滑面的圆心为旋转轴的同心旋转,phi值越大,滑动半径越大,这点已为若干工程实例证明,我无需多说。正因为如此,单纯基于力矩平衡原理的瑞典条分法和Bishop法仅适用于圆弧滑动面,而有明显旋转运动的边坡破坏模式同样是单纯基于力平衡原理的稳定性计算方法所不适用的。“滑坡以水平位移为主”是一种想当然的论断,同样,“整体倾倒破坏”也不是上述各种基于“滑面圆心力矩平衡”的计算方法所能描述的,因为“倾倒破坏”的旋转轴在岩块趾部,不在滑面圆心。总而言之,极限平衡分析法中没有力平衡和力矩平衡孰优孰劣之说,也绝不应当出现某一种方法因为采用力平衡或力矩平衡原理就应该被淘汰的理由。因此我们要具体而论,务必了解边坡可能的变形破坏模式和在具体应用中是否明显相悖于该种计算方法的假设条件,才能做出合理的计算方法选择。不作适用条件分析、盲目地推崇一种方法或批判一种方法都是有违学术精神的。 MSK'2+1T@g  
        5、几个问题的思考:(1)传递系数法中n-1条块剩余下滑力为负时如何处理?如n-1条块负剩余下滑力向n条块传递表示上一条块向下一条块提供了拉力,显然不合理;如负剩余下滑推力不再传递,从下滑推力计算及支挡结构设计的角度是可靠无误的,但由此计算所得稳定系数表达的是n条块后的局部稳定性,而没有反映滑坡的整体稳定性。换一个角度再想,如果一个滑坡的后段稳定、而前段不稳定,这种情况下计算整体稳定系数又有何意义?对后段和前段分别计算稳定性,明确处治范围,岂不是更具有工程价值?(2)如何考虑地震荷载作用位置对边坡稳定性的影响?讨论仅限于拟静力法作用和水平地震荷载两个条件。分几种情况:a平面滑动,在不改变滑动模式的情况下,水平荷载作用点高低对稳定性无影响;b圆弧面滑动(旋转),地震荷载作用点高、力臂小,作用点低,则力臂大,无疑地震水平荷载作用低时力矩更大,对边坡稳定更不利,而在实际工程中,一般而言由于滑块厚度相对于滑面半径而言较小,地震水平荷载作用点位置的高低差别所致的力臂差极小,对计算结果的影响常可以忽略;c倾倒破坏,由于旋转轴在岩块趾部,地震水平荷载作用点高,力臂大,作用点低,力臂小,因此高作用点对边坡稳定性更为不利,呈现的是一种和圆弧滑动模式截然相反的影响,并且由于转动半径小,两种情况下力臂差可能很大,此时作用点高低对计算结果的影响不可忽略。(3)关于滑面的自动搜索。各种条分法中是不包含滑面搜索模块的,均是在给定滑面的情况下进行稳定性计算。对尚未形成滑面的土坡而言,可以结合实际情况和工程师的经验判断,通过假定滑面形态,限制滑面和圆心范围的方式,搜索稳定系数的最小值。需要说明的是,圆弧滑面只是一定条件下滑面形态的一种假设,在受结构面控制的岩坡或具有复杂土层结构的土坡中是不适用的。此外还应当注意的是,最小稳定系数所对应的滑面,可能并不代表真实潜在滑面,因为稳定系数低于1的模拟滑面,都可能成为真正的滑面,而对于工程治理而言,稳定系数低于给定安全系数的模拟滑面,都值得关注。同各种条分计算法一样,各种搜索潜在滑面的方法,在于工程人员在分析适用范围的条件下甄别使用——其本身并没有对错,只有用对或用错 5St`@  
       6、对于楼主“5月27日”例子的分析。本例中,细心的岩友会发现,采用超载法计算的剩余下滑推力与强度储备法计算下滑推力的比值正好等于安全系数K!楼主采用强度储备法的剩余下滑力计算公式有误——我们应该对原始抗滑力R和支挡结构提供的抗滑力r(数值上等于P)一视同仁地作“强度储备”;而超载法中由于将下滑力“放大”(乘以安全系数),相应地,计算所得的剩余下滑力(数值上等于r)已经具有“强度储备”了。(特别声明的是,以下公式是在直线滑面情况下的简化表示,不具有普适性) 2+,5p  
        对该问题简化表达:某滑坡稳定系数为1.0,抗滑力R=下滑力T=508.0kN,为达到1.25目标安全系数,求解剩余下滑推力P。 &;E d*OJ  
        采用超载法计算:    P=KT-R=1.25×508.0-508.0=126.9kN,经支挡后R'=R+P=508.0+126.9=635.0kN,K=R'/T=635.0/508.1=1.25 hEWx.  
        采用强度储备法计算:P/K=T-R/K=508.0-508.0/1.25=101.5kN,P=101.5×1.25=126.9kN,经支挡后R'=R+P=635.0kN,K=R'/T=635.0/508.1=1.25 ENO? ;  
       在滑面为直线的情况下,超载法和强度储备法的计算结果是一样的! %V31B\]Nz7  
:Jjw"}SfK#  
        关于“强度储备”、“传递系数法”的讨论,我就此搁笔,不再无谓地消耗时间。下午4点,顺祝楼主工作愉快! @81-kdTx  
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离线jwy119

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只看该作者 98楼 发表于: 2011-12-13
楼主还是有自己的见解的!
离线shenyl0211

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只看该作者 99楼 发表于: 2011-12-13
我本不想回复97楼的,因为太浪费时间了,但为了坛友们,也是我原发帖子的初衷,所以还是写几句吧,其中很多东西是暂时不想公开的。 + #|'|}j  
1、安全系数与稳定系数的区别。 p6<E=5RRd1  
http://www.yantubbs.com/read.php?tid=75396&ds=1&page=7#19404141940414有详细解释。 Hi9 G^Q  
fG u5%T,  
2、传递系数法。 38"8,k  
http://www.yantubbs.com/read.php?tid=124480介绍了传递系数法的原型与衍生,证明传递系数法根本不是简化法。而97楼认为作了假设就是简化,那严格一词就没有任何意义了。 2A dX)iF@  
^?H\*N4  
传递系数法的应用仅晚于瑞典法。 [37f#p  
=_#ye}E  
在中学物理中大家都学过类似这么一个受力分析:在倾斜的木板上放一个木块,木块受到垂直向下的重力W、平行于木板的摩擦力F和垂直于木板的支持力N。其中W是主动力,而F和N是被动力,都与W成正比。W可分解为平行于木板的W1和垂直于木板的W2,且N=W2,如果W1>F,则F由静摩擦力减小为动摩擦力,木块沿木板向下滑动,且不会脱离木板。这是传递系数法的基础。如果没有间隙的2个木块在同一斜面上,且摩擦系数一样,则分算和合算是一样的,如果摩擦系数不一样,或不在同一斜面上,则须分算,且要考虑力的传递。如果有3个木块,则第1个木块只能通过第2个木块将作用力传给第3个木块。也就是说,不考虑力的传递的瑞典法的力矩平衡是错误的。 R=2 gtW"r  
但受过高等教育的人忘了基础知识和常识,非要将F和N分解为水平方向和垂直方向的力,让这两个被动力的分力来确定木块应该主动地向水平方向还是垂直方向运动。可见,这种受力分析在最简单的单条块时都是错误的,更别说多条块了。 ^JYF1   
F7k4C2r  
只有传递系数法假设条块的剩余下滑力P=W1-F的方向是平行于滑面的。如果P背离滑面向上(不是垂直于滑面),则P仍然可以分解为垂直滑面向上的力N’和平行滑面向下的力W1’,N’是被动力,W1’是主动力。如果P指向滑面向下(不是垂直于滑面),则P也仍然可以分解为垂直滑面向下的力N’’和平行滑面向下的力W1’’,N’’是被动力,W1’’是主动力。如果认为P不能再分解,则根据牛顿第二定律,在P的作用下条块将脱离滑面飞起来或钻入滑面,但这两种结果又都没人认可,说明P的方向还只能是平行于滑面。因此,不管是正解还是反证,都说明传递系数法的条间力方向假设是合理的。 /AK*aRU^  
,2=UuW"K  
Morgenstern提出的适用范围是完全错误的,他违背了最基本的物理常识。但聪明的中国人(包括陈祖煜院士)也在专著中、论文中不断引用、不断误导。 |usnY  
a.土条间不产生拉力—— ;y:#S^|?-z  
不是土条间不产生拉力,而是土条间根本就不存在拉力。拉力一词用于此本来就是极其错误的。 ,\|n=T,  
滑体本来是一个整体,是人们为了便于计算而人为划分成若干条块的。 *D,v>(  
什么是拉力?从上往下计算至某条块时剩余下滑力小于0,说明到该条块时局部稳定系数大于1(稳定性计算时)或大于安全系数(设计推力计算时),而不是该条块对下一条块有拉力。 H j>L>6>  
真不明白,一个简单的物理问题,怎么会引出复杂的数学问题。 -=-x>(pRW7  
传递系数法可以告诉你计算到任何一个条块时的局部稳定系数和局部剩余推力,这是它的最大优点,没想到被当成了最大缺点。 t:?<0yfp&  
按照Morgenstern的要求,用传递系数法是永远也得不出整体稳定系数大于1的结果的。 F!z! :yp  
试问:怎样才能得出整体稳定系数大于1的结果? 7VEt4  
b 作用于土条界面的剪力不超过M-C法则所提供的抗剪强度—— p[ks} mca@  
与a一样,土条界面是虚拟的,不是真实的,即使土条界面的剪力超过M-C法则所提供的抗剪强度会怎样呢? jD&}}:Dj  
现在把木块换成铁块,侧面绝对光滑,无摩擦力,也无粘聚力,也就是铁块的抗剪力=0,底面仍然象木块一样粗糙,铁块的数目任意,滑面的形状任意,铁块上施加推力的方式(如用手指、手掌、砖块、木块)、大小任意,有侧限(只是控制方向用,无侧限的话铁块会左右滑动),想想、算算、试试,Morgenstern的这一条是否合理? !mw{T D  
退一步说,按照Morgenstern的要求,计算时需要提供滑体和滑带土的强度指标,但哪个商业软件考虑了滑带土的强度指标?又有哪个非商业软件考虑了滑体的强度指标?陈祖煜院士自己编的程序都考虑了吗? 5*G8W\ $  
真没想到,外国人的一句经不起推敲的话,在中国人眼里就是真理,就是至宝。 sRkz WMl  
9b{g+lMZo  
在软弱夹层问题上,如上一条块以很大的角度向软弱夹层处传递下滑推力,可能出现软弱夹层处所承担的竖向力很大、水平力极小、安全系数偏大的不合理状况—— Wh#_9);  
这条的意思是:上下滑面折角较大时,导致传递系数偏小,这样传递后的下滑力偏小、抗滑力偏大,因而稳定系数偏大。包括郑颖人院士在内的不少人还专门就此写论文批评过传递系数法。《公路路基设计规范》条文说明中也要求使用该法时需对滑面折角进行处理,以确保“滑面夹角小于10°”(实际上就是增大传递系数)。 Mft0D j/  
我想知道的是这样不折不扣的大折角滑面是否存在?在什么情况下存在? X}65\6  
如果是人为简化造成的,那是连滑面的问题,不是计算方法的问题。 asm[-IB2u  
事实上,滑面折角越大,滑块消耗在变形方面的能量越大,在折角处的滑带扩容(滑带增厚)就是证明,所以,下滑力减少较多是符合实际的,不是偏于危险。不过,折角较大是很少存在的(取决于滑体和滑床的刚度),往往是对滑面过于简化造成的,因此,如果滑面本身是圆弧形过渡而被简化为大折角就另当别论了,但如果后缘部位条块面积所占比重不大时,对整体的稳定性和推力影响较小,则连滑面时折角可以放宽到15°,或只作简单处理甚至不作处理。 / t%"Dh 8x  
自然界中毕竟是折线形滑面较多(严格地说,由于坡体都是非均质体,都应该是折线形滑面),且推断或简化的滑面常常存在相邻倾角变化较大的情况,因此,要根据滑体、滑床的强度和滑带的厚度等实际情况,分析在滑面转折处的扩容范围,确定滑面折角的过渡情况,适当增加1~2条折线,控制折角的大小。因为大滑动时滑面转折点的扩容早已完成,且已圆顺,阻力不会过大。 ~G|{q VO7A  
`^s]?  
3、稳定性计算中的超载法和强度储备法。 R7\{w(`K  
Bishop关于安全系数的定义忽悠了很多人,中国统计局的“负增长”已让中国老百姓很痛心,现在岩土工程界又冒出强度“负储备”,还是“国际工程界广泛认可的”,真是无奇不有啊。强度储备法错了就错了,何必强词夺理?不是还有正确的、中国人自己创立的传递系数法吗?离了外国人中国人就不活了?外国人难道就是一言九鼎吗? pl1EJ <  
,g<>`={kK+  
“超载法”在下滑力前乘以安全系数K,不是为便于计算的显式表达,而是来自稳定性计算公式的逆运算。 ^L*VW gi9  
&lXx0 "-$  
两种计算结果比较,并无孰大孰小的规律—— @F""wKnV  
就两种传递系数法的稳定系数而言: Ymrpf  
当K=1时,两者K相等; A-AN6.  
当K<1时,超载法偏大; j`LT`p"9S  
当K>1时,强度储备法偏大。 kVB}r.NHP  
PuUon6bZ  
楼上不要引用《铁路路基支挡结构设计规范》的说明说事,我早已声明:“传递系数法本来只有一种,就是铁路规范首先采用、现在多部规范逐渐采用的方法。但是,无论是编规范的人,还是用规范的人,都没有几个理解传递系数法,其中包括所有院士。” 7|{%CckN  
2i4Dal  
既然楼上真的不明白传递系数法被“简化”的原因,那也就不谈了,希望坛友们看完论文后自己评价吧。 ;X9MA=b  
P:zEx]Y%  
4、稳定系数的表述,兼简谈国际上主流的稳定性计算方法。 N#xM_Mpt  
瑞典圆弧法和Bishop法: .Q6{$Y%l  
说是满足力矩平衡,那力臂是什么?在哪儿?后缘高处的条块推力是怎样作用于前缘低处的抗滑桩墙的?根本没有支点、没有臂,即使有支点、有臂,但臂毕竟是土,不是石,更不是坚硬的钢铁,能承受多大的力矩而不断裂?更可笑的是,按照这两种算法,如果滑体越厚、重心越高,则水平地震力的力臂就越短、越稳定,这符合常识吗?我所知道的只是需要抗滑桩更长、造价更高。 A=2nj  
如果把力臂忽略,或只考虑重力作用,则可发现瑞典法实际上就是将所有条块的抗滑力除以所有条块的下滑力。由于剩余下滑力没有部分转化为摩擦力,因而稳定系数偏小。 ~9{-I{=  
0I AaPz/e  
简化Janbu法(假设条间力方向为水平)、美国陆军工程师团法(以前是假设条间力方向为滑坡前后缘两点连线的倾角。我称为美国陆军工程兵团法,小时候下军旗知道有工兵,工作后知道有铁道兵,军队有兵团,中国人只知道engineer是工程师,不知道工程兵翻译后是engineer)、传递系数强度折减法(强度储备法)、罗厄法(假设条间力方向为条块坡面倾角和滑面倾角的平均值),我将其统称为广义传递系数法,他们的唯一区别是条间力方向假设不同,从而影响到结果的准确和可靠。 @_ tA"E  
当所有条块的坡面倾角=滑面倾角时,传递系数强度折减法与罗厄法完全一样。但水利部宁愿采用罗厄法而不采用传递系数法,宁愿采用稳定系数偏低的简化简布法也不采用传递系数法,足见其规范编写人员根本就不懂传递系数法。 {(zL"g46  
k H( 3  
不是因为Morgenstern-Price法和通用条分法同时满足力平衡和力矩平衡才具有更广的适用范围,难道传递系数强度折减法的结果与Morgenstern-Price法相差较大吗?不是! eJwii  
根据条间力方向假设,广义传递系数法不需要考虑力矩平衡就能解出稳定系数。 -%QEzu&  
Morgenstern-Price法也假设了条间力方向。但它的力矩平衡存在简化,就是假设支持力N的作用点为条块底面的中点,相当于假设条块为平行四边形,从而相当于假设条块的坡面倾角=滑面倾角,也就是罗厄法=传递系数强度储备法,由此推断,水利部《碾压式土石坝设计规范》表面上不采用传递系数强度储备法,实际上采用了传递系数强度储备法——因为该规范采用了Morgenstern-Price法。Morgenstern-Price法对N作用点的简化,或者说忽略N的力矩引起的误差有多大? }M"'K2_Z  
再次强调,条分仅仅是为了便于计算,我们始终假设滑坡是整体,计算的是整体的稳定系数,或考虑工程时某一段的局部稳定系数,任何一个条块都不会产生倾倒,产生倾倒变形的不能称为滑坡,请注意“滑”字。因此,根本没必要考虑条块的力矩平衡,因此,也不要迷信满足力平衡和力矩平衡的Morgenstern-Price等法。 b^=8%~?%4  
"~,(Xa3x  
滑体沿圆弧面滑动的前提是滑体的C<>0、phi=0,而不是与phi是否为0无关。 {t IoC;Y  
这里需要区分绝对圆弧形、近似圆弧形、螺旋线形。 ^!s}2GcS`  
"N[gMp6U  
任何方法都适用于任何形状的滑面,只要不考虑力臂就行。这种简化引起的误差,要比方法本身的误差小得多。 -QHzf&D?  
V[2<ha[n>  
“滑坡以水平位移为主”是一种想当然的论断—— J~ gkGso  
这是区别滑坡、崩塌、错落等病害的主要特征之一。97楼不懂不要胡说。 ^ 8Nr %NJ  
)F9%^a(  
5、几个问题的思考: 0%L$TJ.''  
(1)传递系数法中n-1条块剩余下滑力为负时如何处理? EXM/>PG  
《铁路工程不良地质勘察规程》条文说明(P116)明确要求注意以下几点(R为抗滑力、T为下滑力、P为剩余推力、K为稳定系数): ?2bE=|  
①当某一条块的R>T且P<0时,可以认为该条块以上是稳定的,不产生推力,故P不应往下传递,而应从T>R的条块开始往下计算至最终条块。 (UiH3Q9C]%  
②当某一条块的R>T且P>0时,则P继续往下传递,一直计算至最终条块。 Z#E#P<&d  
③当某一条块的R>T且P<0时,当按上述第①款的方法计算下一条块时仍然是R>T且P<0时,则一直计算至最终条块,同时得出K>1。 u[% J#S  
;lPhSkD  
(2)如何考虑地震荷载作用位置对边坡稳定性的影响? I{P$B-  
b圆弧面滑动(旋转):—— y`P7LC  
对于滑坡怎么用了“旋转”一词?难道改叫转坡了? ~'YSVx& )  
前面已作分析。 (V |q\XS  
jzOMjz~:)  
c倾倒破坏—— 9?mOLDu}Q0  
这不是滑坡的破坏模式。 g_U*_5doA  
水平地震力作用与圆弧滑动模式截然相反,说明基于力矩平衡的瑞典法和Bishop法有问题。 +Y%I0.?&5  
J,2v~Dq  
(3)关于滑面的自动搜索。 ki/Lf4  
各种条分法中是不包含滑面搜索模块的—— &G5I0:a   
这是软件编制的问题,不是计算方法的问题。slope2000中就有该功能。 =P+wp{?AN|  
ok=E/77`  
6、对于楼主“5月27日”例子的分析。 |Z)/  
楼主采用强度储备法的剩余下滑力计算公式有误—— fJN9+l  
说明97楼对强度储备法不理解。 kO\&mL& qD  
orN2(:Ct7  
应该对原始抗滑力R和支挡结构提供的抗滑力r(数值上等于P)一视同仁地作“强度储备”—— hQRc,d6x5  
这样的话,把公式一转换,就是超载法。怎么站到我的立场上来了?但是,按你这样推导出来的既不是传递系数超载法,也不是传递系数强度储备法。 Q?'W >^*J  
Ra,on&OP`*  
采用超载法计算:P=KT-R pmXWI`s  
采用强度储备法计算:P/K=T-R/K—— %li{VDb  
下式的两边都乘以K,不就是上式吗?欢迎你!但很遗憾,强度储备法的左边是不除以K的。 hFF&(t2{^  
离线japher

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楼主认为强度折减法的基本假定c和tan(fi)同时折减K倍有问题,但是你知道吗,从简化BiShop法到Morgenstern-Price法以及chen-Morgenstern法均采用了这一假定,难道经典的条分法也存在根本性的错误吗?建议楼主将现有的稳定分析方法学习一遍,而不是根据剩余推力法这一仅满足力的平衡而不满足力矩平衡的实用计算方法来评价其它方法的合理及可靠性。安全系数的定义是一个根本性的问题,至少简化Bishop法,Morgenstern等人的方法已经得到了世界各国的认可和广泛运用,除此之外有更好的定义方法吗?
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japher:楼主认为强度折减法的基本假定c和tan(fi)同时折减K倍有问题,但是你知道吗,从简化BiShop法到Morgenstern-Price法以及chen-Morgenstern法均采用了这一假定,难道经典的条分法也存在根本性的错误吗?建议楼主将现有的稳定分析方法学习一遍,而不是根据剩余推力法这一仅满足力的平 .. (2011-12-13 20:44) 745PCC'FK  
M0\[hps~X  
你知道现在我国各部规范采用了哪些方法吗?这些方法的条间力方向是怎么假设的吗?这种假设如果用牛顿第二定律会出现什么结果吗?你知道考虑的力系中哪些是主动力(作用力)哪些是被动力(反作用力)吗?主动力(作用力)能减被动力(反作用力)?现在的强度折减法能用牛顿第三定律解释吗?你知道强度指标有峰值强度和残余强度吗?当峰值强度被小于1的K折减后变成了多少?当残余强度被大于1的K折减后又成了多少?你建议我将现有的稳定分析方法学习一遍,但你自己弄通了吗?你说的“剩余推力法”是哪部规范的用词?无论是仅满足力平衡还是仅满足力矩平衡还是都满足的方法都有其假设条件,但你动脑子想过谁合理吗?简化BiShop法认为条块重心越高水平地震力矩越小你信吗?简化Bishop法根据的是杠杆原理,但其支点在哪儿?力臂在哪儿?是什么材料制作的?Morgenstern-Price法忽略了支持力N的力矩你认为正确吗?这两种方法告诉你怎样处理滑面反坡段重力沿滑面的分力了吗?这两种方法告诉你怎样处理抗滑桩、抗滑挡墙的抗剪力了吗?稳定系数的正确定义就是抗滑力/下滑力,就是被动力/主动力,不是抗滑力矩/下滑力矩,不是抗剪强度/剪切力。“强度”不是“力”。我是用经典物理挑战数学游戏,用小工程师挑战大院士,用小帖子挑战大规范。 ;qQzF  
离线japher

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"即使下滑力只有100,而抗滑桩的抗滑力达1000,抗滑桩也不可能推动滑坡向上滑动,但强度折减法认为是可能的——牛顿第三定律复杂吗?"针对这一句再发表一下看法: ,o6:  V]a  
(1)强度折减法将c和tan(fi)同时折减Fs倍(安全系数),是针对抗滑力仅来自于土体本身这一简化情况,提出一种方法出发点应尽可能简单,这一点当然无可厚非。 p{GDW_  
(2)如果存在抗滑桩、土工格栅等加固措施时,运用强度折减法必须对抗滑桩的抗滑力或土工格栅的极限拉力与土体c和tan(fi)同时折减Fs倍,然后将其与其它抗滑力相加。如果仅考虑土体的抗滑作用,认为抗滑桩的抗滑力1000全部发挥,并去抵消滑动力只能说是根本没有理解强度折减法。
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学习中,“bluetomy”说的有道理
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深受教育 感谢了
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只看该作者 105楼 发表于: 2011-12-15
回 102楼(japher) 的帖子
japher:"即使下滑力只有100,而抗滑桩的抗滑力达1000,抗滑桩也不可能推动滑坡向上滑动,但强度折减法认为是可能的——牛顿第三定律复杂吗?"针对这一句再发表一下看法: P^ VNB  
(1)强度折减法将c和tan(fi)同时折减Fs倍(安全系数),是针对抗滑力仅来自于土体本身这一简化情况, .. (2011-12-14 16:55) |ouk;r24V  
~gD'up@$/  
争论了半天,你还是同意我的观点: gf@Dy6<  
    稳定系数(安全系数)=抗滑力(被动力、反作用力)/下滑力(主动力、作用力) mBF?+/l  
     K=(R+P)/T  或   1=[(R+P)/K]/T  或  (R+P)/K=T 6=k^gH[g  
只是表达方式不同而已。 _!ed.h.r:  
谢谢了。 xUUp ?]9y  
   pOXEM1"2A  
但是这不是强度折减法、强度储备法关于稳定系数的定义,也不能因数学表征而采用折减、储备等词,折不是增,减也不是增,储备更不是增。难道商品打折会高于标价吗?绝对不会!折就是折,减就是减,而不是负增。只有设计时K取安全系数,肯定大于1,但稳定性计算时K不一定大于1。只要K小于1,则折减、储备就是错误的了。 qZ.\GHS  
本来也不存在什么强度折减法、强度储备法、超载法的,都是因对传递系数法误解而产生的。可悲的是传递系数法提出近60年了,也争论过,多部规范也在用,但院士们不理解也就算了,不想放下架子问别人也可以理解,不想认真推导也说得过去,但千万不要胡说甚至公开发表专著、论文说铁道部的传递系数法是简化法,也不要固执己见,要听听别人的解释,更不要认为月亮肯定是外国的圆。 Pa*yo:U'h  
lHU$A;  
上式是最初的、也是现在多部规范一直在用的传递系数(超载)法关于稳定系数的定义。根据该定义和每个条块稳定系数都相等的假设(计算整体稳定系数),并且不要忘记我们讨论的是“滑”坡而不是“转”坡、“倒”坡等等,根本用不上摩尔-库仑破坏准则,就可以得出稳定性计算公式。 Yv)/DsSyL  
这确实是一个很简单的物理问题。 ~cz t=  
f~Su F,o@h  
uQlVzN.?  
M vCBgLN  
YH9BJ  
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(1)整体稳定分析时,应对所有可以提供抗力的部分(土体、抗滑桩、格栅等)强度进行同等折减,也就是如果边坡破坏时,所有的抗滑部位一起破坏(这有点类似于钢筋混凝土结构极限状态设计时要求混凝土压碎的同时,钢筋拉坏,否则必然存在浪费)。不同等折减会把简单的问题搞复杂,也根本不能解决实际问题。 F&Gb[Q&a8  
(2)我看了LZ的帖子,对强度折减法的误解主要来源于此,强度折减法的许多文献中确实只将安全系数定义为ce=c/Fs;tan(fie)=tan(fi)/Fs,但具体运用到边坡加固工程时要将其它抗力作同等折减,即要补充Re=R/Fs。如果将抗力全部发挥与滑动力相抵,那么我要说这是计算者的对强度折减法理解的局限所致,不是强度折减法这一思路本身的问题。另外,楼主大不必去抠折减这个术语,如果Fs=2,则说明强度即使全部只发挥出来一半,也能够保持稳定;Fs=0.5,则说明现有强度加倍也未必能够保证稳定。相信LZ肯定是理解这一点的。 sYL+;(#t  
(3)规范的编制者一般是这个领域的专家院士,不同领域面对不同问题偏好某种方法完全可以理解,正如水利工程中用简化Bishop和Morgenstern而LZ推崇传递系数法。Chen等院士之所以将传递系数法称为简化法是因该法考虑力的平衡而忽略力矩平衡,说这是简化法也并未否认该法在工程中的有效性。我也从事过边坡稳定分析软件的研制,从我的知识范围来讲,传递系数法推导和理解并不复杂,楼主不必担心这么多专家学者理解不了。倒是对待其它作者客观的评论应当心平气和才好。
离线shenyl0211

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只看该作者 107楼 发表于: 2011-12-17
回 106楼(japher) 的帖子
我赞同你的很多观点,但是: TCVJ[LbJ  
1、你不知道的是实际的传递系数强度折减法并没有把抗滑力再除以安全系数。 YRK4l\_`  
2、你对院士们所称的“简化法”理解错了。传递系数法的传递系数中不含K,而传递系数强度折减法中含K。所以,前者被称为后者的“简化法”,而“简化”的原因是为了便于计算。但前者根据稳定系数定义推导确实不含K。麻烦你点击99楼的第二个链接下载看看吧。 g {00i  
3、你对考虑力矩平衡太偏信了。是否考虑力矩平衡不能作为评价准确性和可靠性高低的标准之一。 8WAg{lVs  
    (1)我们假设条块是刚体,只是假设它不会变形,但并不一定是一个完整的刚体,而是由n个刚体叠加而成,这样才符合滑体特点,计算才会更符合实际。 iZ{D_uxq  
    (2)在n个刚体中,就有n个结构面,考虑力矩平衡时就有n个支点,而不是只有滑面处1个,因此,力臂有n个,力矩有n个。这是上一条块的作用情况。 nPKj%g3h  
      (3) 下一条块由m个刚体组成,m个结构面不一定与n个结构面对应,受上一条块的作用就已经非常复杂了,如果再考虑将力传给下一条块,问题就更复杂了。 9]Y@eRI<  
     (4) 考虑整体力矩平衡的瑞典法和毕肖普法是错的,而考虑条块力矩平衡的其它方法也是作了很大的简化,这点我在前面的帖子中已经指出过。 js{ RaR=  
     (5) 你可以用slope2000比较一下传递系数强度折减法与摩根斯顿-普莱斯法是否非常接近。下载地址:http://www.cse.polyu.edu.hk/~ceymcheng/ ]'"$qm:  
4、你不知道帖子和论文、著作一样,对别人有误导作用。例如,geo-slope软件的影响力很大,但它没有规范首选的传递系数法。我单位一位教授级高工就用其分析边坡的稳定性,是不符合规范要求的。还有一位教授级高工,第一个传递系数竟然用的是第一条块的内摩擦角。提出传递系数法的单位对传递系数法都用得这样糟糕,何况别人呢。因此,我一激动就无法心平气和了。还请坛友们海涵。
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