[科普中國]-畢肖普法

簡介

瑞典法，又稱瑞典條分法。不考慮土條間相互作用，用圓弧滑動(dòng)分析法進(jìn)行土坡穩(wěn)定計(jì)算的方法。圓弧滑動(dòng)分析法中最古老最簡單的一種方法，1916年首先由瑞典人彼德森提出，此法根據(jù)極限平衡原理，計(jì)算時(shí)不考慮土條之間的相互作用力。畢肖普法是畢肖普(Bishop)提出的考慮了條間力的作用對瑞典法進(jìn)行修正的方法。瑞典法沒有考慮土條之間力的作用。因此，對每一土條力和力矩的平衡條件是不滿足的，只滿足整個(gè)土體的力矩平衡。1955年畢肖普考慮了條間力的作用，并假定土條之間的合力是水平的，導(dǎo)得的安全系數(shù)表達(dá)式為

其中為水平地震力，到圓滑圓心的豎向距離為。

瑞典條分法與簡化畢肖普法有很多相似點(diǎn)，二者計(jì)算原理均是假定滑動(dòng)面為圓弧，且滑面為連續(xù)面；在公式推導(dǎo)過程中，均采用極限平衡分析條分法，假定滑坡體和滑面以下的土條均為不變形的剛體，并且其穩(wěn)定安全系數(shù)以整個(gè)滑動(dòng)面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力之比來定義，或者以滑動(dòng)面上的最大抗滑力矩與滑動(dòng)力矩 M 之比來定義。瑞典條分法不考慮土條之間的相互作用力，不滿足每一土條的力及力矩平衡條件，僅滿足整體力矩平衡條件，計(jì)算中運(yùn)用了土條 i 的法向靜力平衡條件、庫侖強(qiáng)度理論、整體對滑弧圓心的力矩平衡。簡化的畢肖普法在公式推導(dǎo)過程中使用了豎向力平衡的原理和力矩平衡原理，但公式推導(dǎo)后，又忽略豎向力，這是畢肖普法與瑞典條分法最本質(zhì)的區(qū)別1。

邊坡穩(wěn)定性滑坡是常見的地質(zhì)災(zāi)害，對人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大的損失和威脅。在山區(qū)，滑坡發(fā)生時(shí)，大塊體的滑動(dòng)土體會導(dǎo)致河道的堵塞、對庫區(qū)產(chǎn)生巨大的涌浪，嚴(yán)重威脅下游的航道和下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。公路的滑坡會導(dǎo)致交通中斷，造成交通安全隱患，等等。邊坡穩(wěn)定性是水利工程和巖土工程中的一個(gè)重要研究內(nèi)容。邊坡穩(wěn)定性對整個(gè)工程的安全度、可靠度以及社會經(jīng)濟(jì)效益都有重大的影響，因此深入掌握邊坡的失穩(wěn)規(guī)律，對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行安全性評價(jià)，同時(shí)提出對應(yīng)的防治措施以避免出現(xiàn)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。邊坡穩(wěn)定受到人類活動(dòng)、自然變化以及自身結(jié)構(gòu)影響。引發(fā)邊坡滑動(dòng)的因素有很多，但是滑坡產(chǎn)生的本質(zhì)原因都是由于巖土體內(nèi)部存在一個(gè)滑動(dòng)面，在該滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力達(dá)到了該部分土體的抗剪強(qiáng)度，使得該部分的巖土體的穩(wěn)定遭到破壞。這些影響因素可分為影響邊坡穩(wěn)定的內(nèi)部因素和影響邊坡穩(wěn)定的外在因素。內(nèi)部影響因素主要包括巖土的結(jié)構(gòu)性和水導(dǎo)致巖土體物理化學(xué)性質(zhì)的變化，巖土的結(jié)構(gòu)性對巖土的穩(wěn)定性和強(qiáng)度影響較大，特別是存在的軟弱結(jié)構(gòu)面會使得巖土體整體的抗剪強(qiáng)度降低。大量的邊坡工程事實(shí)證明，結(jié)構(gòu)面及其組合邊界的錯(cuò)動(dòng)變形、張拉破裂、剪切滑移是造成邊坡失穩(wěn)的主要原因。水在巖土體當(dāng)中具有物理作用，如潤滑和軟化巖土體，產(chǎn)生化學(xué)作用如溶解、水化、水解作用；產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)，包括孔隙動(dòng)水壓力作用和孔隙靜水壓力作用。這些作用都會改變巖土的物質(zhì)成分或結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變巖土體的內(nèi)摩擦角和凝聚力系數(shù)，減小顆粒間的有效應(yīng)力，導(dǎo)致巖土體的抗剪強(qiáng)度的降低。外部因素主要包括振動(dòng)力的作用，如施工爆破、地震導(dǎo)致土體的液化松動(dòng)。人類活動(dòng)的影響，如基坑的開挖和路堤的填筑、植被的破壞，氣候條件如降雨、降雪、凍融等也會導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度的降低，進(jìn)而增加邊坡失穩(wěn)的可能性。邊坡穩(wěn)定分析的計(jì)算方法有多種，如瑞典條分法、Janbu 條分法、Morgenstern-Price 法、簡化畢肖普法、塑性極限法等。 條分法因?yàn)槠淞W(xué)模型簡單適用，可對邊坡進(jìn)行定量的評價(jià)，經(jīng)過長期的工程實(shí)踐和不斷的完善和補(bǔ)充，己經(jīng)成為邊坡穩(wěn)定分析的成熟方法。在我國工程業(yè)界內(nèi)，雖然邊坡穩(wěn)定分析的方法很多，但瑞典條分法和簡化畢肖普法在工程領(lǐng)域當(dāng)中最為常用，主要原因在于這兩種方法比較容易理2。