双楔体分析可以用来计算衬垫抵抗可能破坏的安全系数。位于边坡的衬垫,分为两个不连续的部分,主动楔位于边坡上可导致破坏而被动楔位于坡脚抵抗破坏。
图表示出作用于主动楔体和被动楔体上的力,假定作用于两楔体接触面上的力EA和EP的方向和坡面平行。坡顶存在一道张裂缝将滑动土体与坡顶其它土分开,各作用力、摩擦角及边坡几何尺寸符号说明如下:
WA—主动楔重量(面积×重度)=0.5·γc·(hc/cosβ)·(hc/sinβ)
WP—被动楔重量(面积×重度)=γc·(hc/ cosβ)·(Lh- hc/sinβ)
β—坡度
hc—粘性土厚度
hs—覆盖砂垫层厚度
L—坡面长度
Φc—粘性土的内摩擦角
Φs—砂的内摩擦角
δ—土层底部与邻近材料之间的接触面摩擦角
NA—作用于主动楔底部的法向应力
FA—作用于主动楔底部的摩擦力
EA—被动楔作用于主动楔的力(假定与坡面平行)
NP—作用于被动楔底部的法向应力
FP—作用于被动楔底部的摩擦力
EP—主动楔作用于被动楔的力
PA—砂垫层作用于主动楔上部的法向力 PA=γs·hs·(Lh-hc/sinβ)
PP--砂垫层作用于被动楔上部的法向力 PP=γs·hs·hc/sinβ
FTA—由邻近材料传递只主动楔上部的法向力
FTP—由邻近材料传递至被动楔上部产生的摩擦力
Fs—覆盖土层的稳定安全系数
考虑主动楔力的平衡,有:
∑FY=0 NA=WAcosβ+ PA(1)
∑FX=0 FA+EA=WAsinβ+ FTA(2)
因FA=NAtanδ/Fs(3)
公式1、3得出FA= (WAcosβ+ PA)·tanδ/Fs(4)
公式2、4得出EA= WAsinβ+ FTA - (WAcosβ+ PA)·tanδ/Fs(5)
考虑被动楔力的平衡,有:
EP=EA(6)
∑FY=0 NP=WP+ EP·sinβ+Ppcosβ+ FTPsinβ(7)
公式6、7得出NP=WP+ EA·sinβ+ Ppcosβ+ FTPsinβ(8)
公式5、8得出NP=WP+WA·sin2β+FTAsinβ+PPcosβ+FTPsinβ-[(WA·cosβ+PA)sinβ·tanδ/Fs)(9)
用FT= FTA+ FTP表示相邻材料传递至衬垫(包括主动楔和被动楔)上部产生的摩擦力。
NP=WP+WA·sin2β+FTsinβ+PPcosβ-[(WA·cosβ+PA)sinβ·tanδ/Fs)(10)
∑FX=0 FP+Ppsinβ=EP·cosβ+FTPcosβ(11)
公式6、11得出FP=EA·cosβ+ FTPcosβ-PPsinβ(12)
公式5、12得出FP= WA·sinβ·cosβ+FTAcosβ+
FTPcosβ- PPsinβ- (WA·cos·β+PA)·tanδ/Fs(13)
FS=NP·tanφ/FP(14)
公式10、13、14得出
公式15可以写成
AFs2+BFs+C=0(16)
求解公式16,得出:
式中A=WA·sinβ·cosβ+FTcosβ-PPsinβ
B=-[( WA·cosβ+PA) ·cosβ·tanδ+(WP+ WA·sin2β+ FTsinβ+PP cosβ) tanφ
C=( WA·cosβ+PA) ·sinβ·tanδ·tanφ
公式4得出
FA=( WA·cosβ+PA)/ tanδ (18)
公式1得出
NA= WA·cosβ+PA (19)