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第1篇

摘要：隨著我國高等級(jí)公路的建設(shè)發(fā)展，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下高等級(jí)公路修建帶來的邊坡穩(wěn)定性問題同益突出，邊坡一旦失穩(wěn)造成滑坡坍塌等事故將會(huì)造成很大的影響和危險(xiǎn)，因此，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，顯得非常緊迫和必要。本文對(duì)條分法邊坡穩(wěn)定性分析進(jìn)行了概括，并對(duì)其中常用的瑞典條分法進(jìn)行了分析。

1 前言

由于邊坡表面傾斜，在巖土體自重及其它外力作用下，整個(gè)巖土體都有從高處向低處滑動(dòng)的趨勢(shì)。使得邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分巖土體相對(duì)另一部分巖土體發(fā)生滑動(dòng)從而產(chǎn)生滑坡（土坡、巖坡），導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的根本原因在于土體內(nèi)部某個(gè)面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度的起因有二個(gè)，一方面是由于剪應(yīng)力增加，另一方面是由于土體本身抗剪強(qiáng)度減小。

2 條分法及其受力分析

2.1條分法

條分法是假定滑坡體和滑面以下土體均為不變形的剛體，滑面為連續(xù)面，滑面上各點(diǎn)的法向應(yīng)力采用條分法獲得，分析每一土條受力，根據(jù)滑塊剛體極限平衡條件，假定整個(gè)滑面上各點(diǎn)的安全系數(shù)相等，確定安全系數(shù)。

圖1 條分法

2.2 條分法受力分析

條分法分析邊坡穩(wěn)定性受力分析如下：

將土坡作為平面問題，對(duì)每個(gè)土條可分別列兩個(gè)正交方向的靜力平衡方程和一個(gè)力矩平衡方程，3n個(gè)方程。

表1條分法未知數(shù)統(tǒng)計(jì)

3 瑞典條分法

瑞典圓弧滑動(dòng)面條分法，是將假定滑動(dòng)面以上的土體分成n個(gè)垂直土條，對(duì)作用于各土條上的力進(jìn)行力和力矩平衡分析，求出在極限平衡狀態(tài)下土體穩(wěn)定的安全系數(shù)。該法由于忽略土條之間的相互作用力的影響，因此是條分法中最簡(jiǎn)單的一種方法。

當(dāng)按滑動(dòng)土體這一整體力矩平衡條件計(jì)算分析時(shí)，由于滑面上各點(diǎn)的斜率都不相同，自重等外荷載對(duì)弧面上的法向和切向作用分力不便按整體計(jì)算，因而整個(gè)滑動(dòng)弧面上反力分布不清楚；另外，對(duì)于Φ＞0的粘性土坡，特別是土坡為多層土層構(gòu)成時(shí)，求W的大小和重心位置就比較麻煩。故在土坡穩(wěn)定分析中，為便于計(jì)算土體的重量，并使計(jì)算的抗剪強(qiáng)度更加精確，常將滑動(dòng)土體分成若干豎直土條，求各土條對(duì)滑動(dòng)圓心的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩，各取其總和，計(jì)算安全系數(shù)，這即為條分法的基本原理。該法也假定各土條為剛性不變形體，不考慮土條兩側(cè)面間的作用力。

瑞典條分法是假設(shè)滑動(dòng)面為圓弧，不考慮條間力，減少2n-2個(gè)未知量。

圖2 瑞典條分法受力分析

3.1考慮成層土和坡頂有超載情況

當(dāng)考慮成層土和坡頂有超載時(shí)安全系數(shù)的計(jì)算如下：

圖3 有超載時(shí)計(jì)算圖式

即：

3.2 考慮有地下水和穩(wěn)定滲流時(shí)

當(dāng)考慮有地下水和穩(wěn)定滲流時(shí)安全系數(shù)的計(jì)算：

圖4 土坡部分浸水時(shí)計(jì)算圖式

3.3 容許安全系數(shù)

根據(jù)以上瑞典條分法得出了邊坡的安全系數(shù)后可對(duì)照規(guī)定的容許安全系數(shù)判斷該邊坡的穩(wěn)定性。表2及表3分別是規(guī)范規(guī)定的碾壓式土石壩壩坡容許穩(wěn)定安全系數(shù)和港口工程邊坡容許安全系數(shù)，可根據(jù)實(shí)際工程概況對(duì)應(yīng)。

表2 碾壓式土石壩壩坡容許穩(wěn)定安全系數(shù)

表3 港口工程邊坡容許安全系數(shù)

校核施工期穩(wěn)定性，安全系數(shù)可取表中低值，但是當(dāng)校核打樁前岸坡的穩(wěn)定性，宜取較高值，有效剪是指慢剪或固結(jié)排水剪。

4 結(jié)語

在施工過程中必然會(huì)產(chǎn)生大量的邊坡，邊坡穩(wěn)定性問題是大家關(guān)注的問題，一旦邊坡失穩(wěn)將造成不可忽視的后果，在施工前期和施工過程中對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析是一項(xiàng)重要的課題，本文對(duì)瑞典條分法如何分析邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析和總結(jié)，結(jié)果表明此方法是一種簡(jiǎn)單有效的分析邊坡穩(wěn)定性的方法。

第2篇

【關(guān)鍵詞】巖土工程；邊坡穩(wěn)定性；分析方法

1 引言

在各類工程項(xiàng)目的建設(shè)中，由于受到建筑主體結(jié)構(gòu)及各種外力作用的影響，巖土邊坡的穩(wěn)定性一般會(huì)發(fā)生不同程度的變化，其變化范圍必須得到合理的控制，否則將危及到建筑的整體安全性、可靠性。在巖土邊坡建設(shè)的構(gòu)造物，其實(shí)體表面多處于傾斜狀態(tài)，隨著建筑物使用年限的延長，其實(shí)體結(jié)構(gòu)向下滑動(dòng)的趨勢(shì)將更為明顯。如果在建筑物使用過程中，某一平面的滑動(dòng)力超出主體結(jié)構(gòu)的承擔(dān)范圍，極有可能出現(xiàn)滑坡的危險(xiǎn)，因此，在存在大量巖土邊坡的地區(qū)進(jìn)行工程項(xiàng)目建設(shè)，必須注重對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的合理分析，分析方法的科學(xué)選擇與應(yīng)用對(duì)于工程項(xiàng)目整體建設(shè)工作具有重要的意義。工程技術(shù)人員通過對(duì)于巖土邊坡穩(wěn)定性的全面分析，有利于工程項(xiàng)目建設(shè)單位及時(shí)制定防治措施，有效避免出現(xiàn)滑坡等重大自然災(zāi)害的危險(xiǎn)。

2 巖土邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素

從專業(yè)地質(zhì)學(xué)、工程學(xué)、測(cè)量學(xué)的角度進(jìn)行分析，影響巖土邊坡穩(wěn)定性的因素主要表現(xiàn)在：內(nèi)部因素和外部因素兩方面，工程技術(shù)人員只有對(duì)這兩方面的因素進(jìn)行綜合的考慮與分析，才能選擇科學(xué)、合理、有效的巖土邊坡穩(wěn)定性分析方法。

2.1 內(nèi)部因素

2.1.1 邊坡巖土體的類型和性質(zhì)

通過總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：邊坡巖土體的類型和性質(zhì)的差異是影響其穩(wěn)定性的重要內(nèi)部因素。一般情況下，由于邊坡巖土體的類型和性質(zhì)不同，其所承載的內(nèi)部作用力也略有差異，邊坡的破壞形式也明顯不同。

2.1.2 邊坡的地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)于巖土邊坡穩(wěn)定性的影響是多方面的，其主要表現(xiàn)形式為：構(gòu)造面的發(fā)育程度、形狀、規(guī)模、連通性、內(nèi)部充填物成分及填充程度等。在同一地質(zhì)構(gòu)造下，巖土邊坡的穩(wěn)定性也存在較大的差異，其主要是受到邊坡傾斜度的影響。

2.1.3 邊坡的總體形態(tài)

在對(duì)巖土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)，其總體形態(tài)是不容忽視的內(nèi)在因素之一，對(duì)于其穩(wěn)定性具有直接的影響。在部分工程項(xiàng)目的建設(shè)中，坡頂局部或大部分裂縫的現(xiàn)象較為常見，其主要原因是坡頂?shù)膹埩驊?yīng)力過大，形成了總體不利的形態(tài)，造成施工中出現(xiàn)較為嚴(yán)重的質(zhì)量和安全問題。

2.2 外部因素

2.2.1 氣候條件

在巖土邊坡穩(wěn)定性的外部影響因素中，氣候條件的作用方式主要變現(xiàn)為：降水、氣溫、濕度變化等，其中降水的影響最為顯著。由于受到氣候條件的影響，巖土邊坡一般會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的物理或力學(xué)反應(yīng)，邊坡巖土體的內(nèi)部剪應(yīng)力會(huì)不同程度的增大或減少，進(jìn)而影響到其整體穩(wěn)定性。

2.2.2 震動(dòng)作用

在各種較為常見的地質(zhì)災(zāi)害中，地震對(duì)于巖土邊坡穩(wěn)定性的影響最為嚴(yán)重。在強(qiáng)大外力的作用下，巖土邊坡的下滑力會(huì)急劇加大，并且引發(fā)邊坡巖土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或遭受破壞，進(jìn)而導(dǎo)致巖土邊坡表面出現(xiàn)新的裂痕或者原有的裂縫不斷擴(kuò)大，對(duì)于構(gòu)造物主體結(jié)構(gòu)的安全性是極其不利的。

3 巖土邊坡穩(wěn)定性的常用分析方法

在巖土工程項(xiàng)目的建設(shè)中，對(duì)于邊坡穩(wěn)定性分析方法的研究不但是行業(yè)內(nèi)面臨的重點(diǎn)技術(shù)課題，而且是保證構(gòu)造物整體安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外工程建設(shè)行業(yè)已經(jīng)總結(jié)出了多種巖土邊坡穩(wěn)定性的分析方法，但是尚未形成系統(tǒng)的研究體系，本文僅對(duì)其中幾種常見的分析方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述。

3.1 界面元分析法

在巖土邊坡的穩(wěn)定性分析中，界面元分析法的應(yīng)用范圍較廣，而且是國內(nèi)外重要研究的分析方法之一。界面元分析法基本原理是：將巖土邊坡的累積單元變形形成一個(gè)完整的界面，并且根據(jù)采集的各種地質(zhì)信息和數(shù)據(jù)構(gòu)建界面應(yīng)力元模型，其主要適用于非均勻、不連續(xù)、各向異性問題的分析。在界面元分析法的長期研究和應(yīng)用中，已經(jīng)基本形成了一套系統(tǒng)的理論，對(duì)于復(fù)雜邊坡巖土體穩(wěn)定性的分析具有積極的意義。同時(shí)，在國內(nèi)外地質(zhì)及工程學(xué)專家的不斷探索中，將界面元分析法與工程力學(xué)機(jī)理有機(jī)結(jié)合，逐步建立了一套可以用于評(píng)判巖體穩(wěn)定薄弱部位、危險(xiǎn)滑面、潛在滑面及最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的準(zhǔn)則。

3.2 有限元分析法

有限元分析法是最早應(yīng)用于巖土邊坡穩(wěn)定性分析的方法之一，也是最具代表性的數(shù)值分析方法。應(yīng)用有限元分析方法，可以有效解決巖土邊坡彈塑性、彈性、粘塑性、粘彈塑性等方面的數(shù)值計(jì)算問題。有效元分析法在巖土邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：計(jì)算公式科學(xué)、結(jié)果精確、連續(xù)性強(qiáng)等。與極限平衡分析法相比，有限元分析法可以通過對(duì)巖土邊坡應(yīng)力及應(yīng)變規(guī)律的分析，全面掌握巖土邊坡的變形與破壞機(jī)制。

3.3 地質(zhì)分析法

巖土邊坡的穩(wěn)定性是受內(nèi)部和外部因素的共同影響，地質(zhì)分析法則是從內(nèi)部因素出發(fā)，通過對(duì)于巖土邊坡發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境，以及各種變形、破壞跡象的基本規(guī)律進(jìn)行分析，了解影響巖土邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)外部因素，并且從地質(zhì)學(xué)的角度對(duì)其總體發(fā)展趨勢(shì)和有可能出現(xiàn)的破壞形式進(jìn)行預(yù)判。

3.4 隨機(jī)分析法

隨機(jī)分析法始創(chuàng)于上世紀(jì)70年代，美國和加拿大的地質(zhì)研究機(jī)構(gòu)將概率統(tǒng)計(jì)理論首次應(yīng)用于巖土邊坡穩(wěn)定性的分析中。隨機(jī)分析法的基本原理為：由于巖土邊坡穩(wěn)定性的影響因素是表現(xiàn)在諸多方面的，所以可以認(rèn)為其具有一定的隨機(jī)性，而且多表現(xiàn)為具有一定概率的隨機(jī)變量（一般包括：巖土邊坡的幾何尺寸，如邊坡邊界尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)面等；邊坡巖體材料總體性能，如泊松比、彈性模量等；邊坡外部荷載，如重力場(chǎng)、地震力、滲流場(chǎng)等），因此，在巖土邊坡穩(wěn)定性的分析中，工程技術(shù)人員可以將實(shí)際考察獲取的各種有可能影響其穩(wěn)定性的因素分解為多個(gè)樣本，利用概率統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行分析，在求出其概率分布和特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用較為先進(jìn)的可靠性分析方法進(jìn)行求解，最終得出巖土邊坡的破壞概率。從理論上講，隨機(jī)分析法是較為合理的，但是由于受到各類外界因素的影響，隨機(jī)因素的表現(xiàn)形式多樣，所以如果不能對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究，難以確定各種影響因素的準(zhǔn)確概率。

在巖土邊坡的穩(wěn)定性分析中，由于受到工程項(xiàng)目建設(shè)復(fù)雜性，以及各種內(nèi)外部因素的影響，對(duì)于其穩(wěn)定性的分析一般要采取多種方法相結(jié)合的方式，這樣才能保證分析流程和結(jié)果的科學(xué)性與可靠性。同時(shí)，隨著現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在巖土邊坡的穩(wěn)定性分析中也要嘗試應(yīng)用電子信息及網(wǎng)路技術(shù)，并且在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步形成一套智能化、規(guī)范化的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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第3篇

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 穩(wěn)定性分析 分析方法

一、引言

當(dāng)今，為了更好地為國家整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及電力技術(shù)的不斷提高，新電力設(shè)備不斷的使用，電力系統(tǒng)越來越復(fù)雜。而復(fù)雜的電力系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行成為電力系統(tǒng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。只有電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性才能持續(xù)保證電力的供應(yīng)，進(jìn)而保證工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人民的日常生活。

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行問題開始受到關(guān)注最初是在上世紀(jì)40年代，之后由于電力系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)在技術(shù)創(chuàng)新和互聯(lián)網(wǎng)等方面上，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行一直發(fā)展相當(dāng)緩慢，以至于穩(wěn)定性的理論體系也遲遲未建立完全。近些年來，隨著全球電力系統(tǒng)出現(xiàn)的幾起大型的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞引發(fā)的事故（如用電負(fù)荷超高導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的事故等），例如，在西方發(fā)達(dá)國家就曾出現(xiàn)過由于穩(wěn)定問題出現(xiàn)的大面積停電導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失[1，2]。因此，當(dāng)前電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題越來越引起了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注，并認(rèn)為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行成為制約電力系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸[3]。

目前，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題分析開始得到不斷的發(fā)展，現(xiàn)在按照對(duì)失穩(wěn)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，電力系統(tǒng)的分析方法可以分為兩類即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析方法。為了更好地指導(dǎo)以后的電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，在此對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題的分析方法進(jìn)行分析。

二、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題及其分類

電力系統(tǒng)穩(wěn)定是指當(dāng)受到一定的擾動(dòng)時(shí)（或者小擾動(dòng)或者大擾動(dòng)），系統(tǒng)的電壓能夠保持不變，即使受到影響仍然可以在限定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生崩潰或者偏低的情況。然而，在實(shí)際總往往受到擾動(dòng)后無法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到允許值或者出現(xiàn)崩潰等極端情況，此為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題出現(xiàn)問題。

如何避免電力系統(tǒng)不穩(wěn)定首先要確定是何種擾動(dòng)導(dǎo)致的，即分析穩(wěn)定失穩(wěn)的機(jī)理。由于穩(wěn)定劃分的標(biāo)準(zhǔn)不同，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的具體的分類也有差異。例如，導(dǎo)致失穩(wěn)的擾動(dòng)規(guī)模來看，分為小擾動(dòng)和大擾動(dòng)；根據(jù)失穩(wěn)事故時(shí)間的場(chǎng)景來看，分為暫態(tài)穩(wěn)定、中期穩(wěn)定和長期穩(wěn)定等問題。

三、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的分析方法

根據(jù)前面所提到的電力系統(tǒng)失穩(wěn)的機(jī)理，目前的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法主要有兩類，即靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法。

1.靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法

當(dāng)電力系統(tǒng)受到的干擾較小不足以引起系統(tǒng)的自發(fā)振蕩等問題的時(shí)候，可以認(rèn)為系統(tǒng)是靜態(tài)的。靜態(tài)分析方法是以潮流方程為基礎(chǔ)的分析方法。該分析方法比較成熟，當(dāng)前應(yīng)用較廣。該方法的本質(zhì)是認(rèn)為電壓穩(wěn)定是符合潮流問題，而電壓穩(wěn)定與否關(guān)鍵是找到穩(wěn)定與失穩(wěn)的臨界點(diǎn)，即通常所說的電力網(wǎng)絡(luò)中的潮流極限，并通過各種方法求得此點(diǎn)并掌握失穩(wěn)與穩(wěn)定臨界的極限狀態(tài)的不同特征作為失穩(wěn)的崩潰點(diǎn)[4]。

根據(jù)這一原理，該類靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法又可以細(xì)分為潮流多解法、靈敏度分析方法、奇異值分析法和連續(xù)潮流方法等。

其中，靈敏度法相對(duì)來說計(jì)算過程比較簡(jiǎn)單，結(jié)果也非常清楚，適合于單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)單負(fù)荷的電力系統(tǒng)中應(yīng)用。奇異值法則是更加關(guān)注雅克比矩陣的奇異性對(duì)穩(wěn)定性的影響，該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，應(yīng)用很廣。

2.動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法

其實(shí)，電力系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單歸類為靜態(tài)狀態(tài)，實(shí)質(zhì)上電力系統(tǒng)更多的被認(rèn)為是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，即通常系統(tǒng)受到的干擾力都是很大的，容易使原來的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化。因?yàn)橄到y(tǒng)中很多因素是動(dòng)態(tài)可變的，正是因?yàn)榭勺冃詫?dǎo)致了電壓失穩(wěn)。例如發(fā)電機(jī)的參數(shù)和動(dòng)態(tài)特征、無功補(bǔ)償設(shè)備特征等。

目前，動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析的方法可以分為以下幾類：小擾動(dòng)的分析法、暫態(tài)電壓穩(wěn)定分析法、中期電壓穩(wěn)定分析法和長期電壓穩(wěn)定分析法等[5，6]。

在此介紹以下暫態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法。與靜態(tài)相比，暫態(tài)是否穩(wěn)定主要考慮的是電力系統(tǒng)在受到較大的擾動(dòng)時(shí)電力系統(tǒng)的主要單元（這里主要指的是發(fā)動(dòng)機(jī)）能否還能保持原來狀態(tài)運(yùn)行。在研究此類問題的時(shí)候，通常需要進(jìn)行簡(jiǎn)化。暫態(tài)穩(wěn)定分析的方法可分為兩類：數(shù)值解法和直接解法。

四、結(jié)論

為了更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定非常重要。特別是在當(dāng)前長距離、高功率輸送電力的系統(tǒng)中，這就需要業(yè)內(nèi)人士掌握相應(yīng)評(píng)定電壓穩(wěn)定的技術(shù)，探索出更為準(zhǔn)確和貼切實(shí)際的穩(wěn)定性值班，這樣可以更好地服務(wù)于社會(huì)。

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