由于邊坡表面傾斜，其上巖土體具有從高向低滑動的趨勢。在土體自重、降雨以及其他外力作用下，邊坡可能會失去原有穩(wěn)定狀態(tài)而破壞，從而誘發(fā)滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，造成生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對各類邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，確定其安全系數(shù)，具有重要意義。DeepEX不僅能夠進(jìn)行深基坑設(shè)計(jì)，而且具有強(qiáng)大的邊坡穩(wěn)定性分析功能。本文主要介紹DeepEX中邊坡穩(wěn)定性分析的常用方法以及操作步驟，并利用實(shí)際案例進(jìn)行演示驗(yàn)證。

1.常用分析方法

目前常用的邊坡穩(wěn)定分析方法主要有：極限平衡分析法、數(shù)值分析法以及極限平衡和數(shù)值分析相結(jié)合的方法。數(shù)值分析法可以對邊坡施工過程進(jìn)行模擬，反映邊坡周圍復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，考慮土體本構(gòu)等影響。但是其概念較難理解，計(jì)算速度慢，對計(jì)算機(jī)性能要求較高，因此使用較少。而極限平衡分析法具有概念清晰、計(jì)算速度快、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富等特點(diǎn)，在邊坡設(shè)計(jì)軟件中得到廣泛應(yīng)用。

與其他設(shè)計(jì)軟件類似，DeepEX也是利用極限平衡法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。具體來說主要有瑞典條分法、畢肖普法（Bishop method）、摩根斯頓-普賴斯法（Morgenstern-Pricemethod，下文簡稱M-P法）以及斯賓塞法（Spencer method）。

由于邊坡穩(wěn)定性分析實(shí)際上是一個高次超靜定問題，為了使問題可解，必須引入一系列假定將滑動土體劃分為一系列土條進(jìn)行分析。因此，準(zhǔn)確的說，上述四種方法應(yīng)該稱為極限平衡條分法。而這四種分析方法之間的區(qū)別主要在于計(jì)算時(shí)的假定不同，主要包括滑動面形狀、是否考慮條間力以及是否滿足平衡條件等。上述四種分析方法的具體差異，詳見表1。

從上述對比可以看出，由于忽略了條間作用力，瑞典條分法所計(jì)算的安全系數(shù)較小（一般偏低5%-10%），工程應(yīng)用偏于保守；畢肖普法與其他條分法的計(jì)算結(jié)果基本相同，但僅適用于圓弧形滑動面；斯賓塞方法在一些條件下會出現(xiàn)收斂困難的問題，如滑裂面包含拉裂縫、充水等情況；而M-P法計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，適用于大多數(shù)情形。

2. DeepEX中邊坡分析操作概述

在DeepEX中進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，其操作思路大體可以分為以下三步：1）建立邊坡模型；2）邊坡分析設(shè)置；3）分析計(jì)算。

其中，邊坡建模和分析計(jì)算操作比較簡單。DeepEX提供了兩種邊坡建模方法，一種是直接建模，另外一種是DXF文件導(dǎo)入建模。當(dāng)邊坡形狀比較復(fù)雜或者已有現(xiàn)成的DXF文件時(shí)，用戶可以直接導(dǎo)入DXF文件建立邊坡模型。當(dāng)邊坡比較簡單時(shí)，可以在【一般】選項(xiàng)→【地表設(shè)置選項(xiàng)】中選擇【左側(cè)斜坡】或【右側(cè)斜坡】選項(xiàng)，即可打開編輯邊坡的對話框，如圖1所示。在該對話框中可以編輯邊坡坡度、放坡類型、臺階尺寸等數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建出邊坡模型。分析計(jì)算只需點(diǎn)擊【計(jì)算邊坡】按鈕即可，計(jì)算完成之后就能得到相應(yīng)的安全系數(shù)結(jié)果。唯一需要注意的是，在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算之前，必須先完成常規(guī)計(jì)算。

圖1 設(shè)置邊坡形狀

在建立邊坡模型后，邊坡穩(wěn)定性分析中最關(guān)鍵的操作就是邊坡分析設(shè)置。首先，用戶需要在【邊坡】選項(xiàng)中勾選【整體穩(wěn)定性分析】（如圖2），才能進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析設(shè)置。勾選之后，單擊【選項(xiàng)】按鈕即可打開【邊坡穩(wěn)定性分析選項(xiàng)】對話框，如圖3所示。在該對話框中用戶可以選擇邊坡穩(wěn)定性分析方法，設(shè)置圓弧中心范圍、半徑搜索方法，選擇是否考慮邊坡周圍基礎(chǔ)荷載、支撐極限承載力以及是否考慮坡頂土體拉裂等。完成邊坡分析設(shè)置之后，即可進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

圖2 【邊坡】選項(xiàng)

圖3 邊坡穩(wěn)定性分析選項(xiàng)

3 算例演示

本案例來自于Giam和Donald（1989）給出解答的一系列邊坡分析案例中最簡單的一個。Giam和Donald得到的計(jì)算結(jié)果在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛認(rèn)可，因此他們的案例成為各種邊坡分析軟件的驗(yàn)證案例。本文選取該案例來驗(yàn)證DeepEX計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。案例邊坡尺寸如下圖4所示，邊坡只包含一種土體，其重度 ，粘聚力 ，內(nèi)摩擦角φ=30°。 整個分析過程中不考慮地下水的影響。 Giam和Donald計(jì)算得到的安全系數(shù)為1.00。

圖4 邊坡模型

在DeepEX中建立圖4所示邊坡模型時(shí)，可以在【修改地表形狀-放坡選項(xiàng)】對話框中設(shè)置邊坡參數(shù)。各類參數(shù)按照圖5輸入即可得到如圖6所示的邊坡模型。

圖5設(shè)置邊坡形狀參數(shù)

圖6 DeepEX中建立的邊坡模型

建立模型之后，即可在【邊坡】選項(xiàng)中勾選【整體穩(wěn)定性分析】，然后點(diǎn)擊【選項(xiàng)】按鈕，在彈出的【邊坡穩(wěn)定性分析選項(xiàng)】對話框中進(jìn)行分析設(shè)置，具體如圖7~8所示。邊坡穩(wěn)定性分析設(shè)置中最核心的操作是確定計(jì)算的搜索范圍，包括滑弧圓心以及半徑搜索區(qū)域的設(shè)置。確定搜索范圍后，DeepEX采用區(qū)格搜索法來計(jì)算最危險(xiǎn)滑動面。區(qū)格搜索法是指將搜索區(qū)域劃分成小的區(qū)格，在每一個區(qū)格點(diǎn)計(jì)算出一個安全系數(shù)，再對所有安全系數(shù)進(jìn)行比較，找出最小安全系數(shù)，其所對應(yīng)的滑動面即為最危險(xiǎn)滑動面。該方法的特點(diǎn)是搜索范圍廣，不會陷入局部極小值，適合計(jì)算機(jī)計(jì)算。

由于本案例較為簡單，邊坡分析中主要涉及到邊坡分析中的分析方法、圓弧中心以及半徑搜索三個具體標(biāo)簽。在【分析方法】中選擇畢肖普法。在【圓弧中心】中可以設(shè)置滑動圓弧圓心的搜索區(qū)域，為了盡可能得到最小安全系數(shù)，可以將搜索范圍確定在一個相對較大的區(qū)域內(nèi)。一般搜索區(qū)域水平方向應(yīng)該覆蓋從坡頂?shù)狡碌椎姆秶Q直方向應(yīng)該為3-4倍坡高，對于一些復(fù)雜情況的邊坡需要通過多次試算來確定具體的搜索范圍。本例設(shè)為從坡底到坡頂?shù)囊粋€30m×40m的矩形區(qū)域，具體參數(shù)見圖7。在【半徑搜索】中可以利用不同方法設(shè)置圓弧半徑的搜索范圍。由于本例為均質(zhì)邊坡，最危險(xiǎn)滑動圓弧一定通過坡腳，故可以通過勾選【指定精確坐標(biāo)】選項(xiàng)設(shè)定兩個半徑搜索臨界點(diǎn)來確定半徑搜索范圍，其中一點(diǎn)必定通過坡腳(10, 25)，另一點(diǎn)可以設(shè)為(10, 0)，整個半徑搜索長度約為2倍坡高。

圖7邊坡分析選項(xiàng)中圓弧中心設(shè)置 

 圖8邊坡分析選項(xiàng)中半徑搜索區(qū)域設(shè)置

完成邊坡分析參數(shù)的設(shè)置后，點(diǎn)擊【邊坡】選項(xiàng)中的【計(jì)算邊坡】按鈕即可進(jìn)行計(jì)算，最終計(jì)算結(jié)果如圖9所示。安全系數(shù)為0.992，與Giam計(jì)算結(jié)果1.00相差較小，說明DeepEX邊坡計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確。同理，按照前面操作只需改變分析方法即可得到其他方法的計(jì)算結(jié)果，具體見表2。從表2可以看出，除瑞典條分法外，其他三種計(jì)算方法所得結(jié)果較為接近；而瑞典條分法與其他方法計(jì)算結(jié)果相差較大且安全系數(shù)偏小，說明瑞典條分法計(jì)算結(jié)果相對保守。

圖9 DeepEX計(jì)算結(jié)果

4 小結(jié)

本文主要介紹了DeepEX中邊坡穩(wěn)定性分析的相關(guān)內(nèi)容，包括邊坡穩(wěn)定性分析的常用方法，DeepEX中的操作思路以及算例驗(yàn)證三部分。通過上述介紹，可以發(fā)現(xiàn)DeepEX進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，具有建模方便，方法眾多，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。利用DeepEX進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，能夠極大地提高工作效率和計(jì)算精度。希望以上內(nèi)容能夠幫助工程師更好地理解和應(yīng)用DeepEX邊坡穩(wěn)定分析模塊，使DeepEX成為巖土工程師日常工作中強(qiáng)有力的輔助工具。

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