不平衡推力法(隐式)手算与GEO5计算结果对比

1、不平衡推力法隐式解

       根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)附录A,不平衡推力法(传递系数法)隐式解的计算公式如下:

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其中:

       Pn为第n条块单位宽度剩余下滑力(kN/m),实际就是位于剪出口位置的条块,Pn=0是用于计算边坡当前稳定系数的条件,当要计算剩余下滑力或滑坡推力时,Pn需要计算得到;

       Pi为第i计算条块与第i+1计算条块单位宽度剩余下滑力(kN/m),需要注意的是,当Pi<0(i<n)时,由于条块不能传递拉力,Pi=0;

       Ti为第i计算条块单位宽度重力及其他外力引起的下滑力(kN/m);

       Ri为第i计算条块单位宽度重力及其他外力引起的抗滑力(kN/m);

       Φi-1为第i-1计算条块对第i计算条块的传递系数。

2、隐式解利用excel手算方法

       在上述计算公式中,实际还缺少一个稳定系数,也就是Fs的计算,Fs可以用总的抗滑力比上总的下滑力得到,但是因为在计算过程中,Fs作为变量参与了传递系数的计算,所以无法给出Fs的解析解,只能通过迭代计算的方式计算当Pi=0条件下的稳定系数Fs。

       利用excel可以实现迭代计算出Fs,常用的方式一种是试算,另一种是简单编制一个VBA的代码,通过运行宏计算,但是网上分享的一些计算表格,有的算法简单,计算很耗时,有的无法在其他电脑运行宏,所以这里借本篇文章分项另一种迭代计算Fs的方法,即采用excel自带的规划求解功能(Solver)。

       将稳定系数定义为可变单元格,将剪出口位置条块的剩余下滑力Pn定义为目标单元格,目标值为0,另外约束稳定系数大于0。点击求解之后能快速的计算出隐士解的稳定系数。(如何调出excel的规划求解功能可百度查看)

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       在求解出稳定系数之后,如果需要再计算剩余下滑力,那么将上述公式中的稳定系数Fs替换为设计安全系数Fst,比如建筑边坡天然工况的1.35即可。

3、手算和GEO5计算结果对比

       某路堑边坡高约44m,采用不平衡推力法隐式解计算边坡安全系数,以及在设计安全系数1.35情况下的剩余下滑力,边坡模型如下:

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       滑面为折线,总共7个条块,采用excel规划求解,计算结果如下:

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       得到稳定系数为1.036,采用GEO5计算,得到稳定系数为1.038。

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       当设计安全系数为1.35时,手算和GEO5计算得到的每个条块剩余下滑力的大小对比如下:

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       从上面结果看出大部分条块的误差低于千分之一,由此可见GEO5计算不平衡推力法隐式解的结果和手算结果基本一致。


本文涉及到的不平衡推力法通过规划求解计算安全系数的Excel表格如下,感兴趣的工程师可以自行下载。

不平衡推力法隐式解安全系数计算.xlsx


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