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1、第七章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes 具有倾斜面的土体 坡肩 坡顶 坡面 坡角 坡趾 坡 高 Crest Slope surface toe 1 概述 2 无粘性土土坡的稳定分析 3 粘性土土坡的稳定分析 4 总应力法与有效应力法 第七章 土坡稳定分析 作业 7 1 7 3 1 为什么会发生边坡失稳 2 如何分析边坡稳定性 3 如何防治 治理 第1节 概述 边坡分类 天然边坡 Natural slope 人工边坡 Engineered slope 土坡 Soil slope 岩石边坡 Rock slope 第二章 土坡稳定分析 为什么会发生边
2、坡失稳 土体沿滑动面达到了极限平衡状态 一 土坡 具有倾斜面的土体 1 天然土坡 Natural slope 江 河 湖 海岸坡 第1节 概述 1 天然土坡 山 岭 丘 岗 天然坡 第1节 概述 2 人工土坡 Engineered slope 挖方 沟 渠 坑 池 露露 天天 矿矿 第1节 概述 2 人工土坡 填方 堤 坝 路基 堆料 第1节 概述 天生桥一级面板堆石坝2 人工土坡 第1节 概述 堆 石 坝 2 人工土坡 第1节 概述 堤 防2 人工土坡 第1节 概述 二 滑坡 Landslides 什么是滑坡 为什么会滑坡 一部分土体在外因作用下 相对于另一部分 土体滑动 第1节 概述 二
3、滑坡 1 滑坡的危害 滑坡是重大自然灾害 岩土 我国是滑坡灾害频发的国家 2008年在西安召开第十届国际 滑坡与工程边坡会议 组委会主席 陈祖煜教授 第1节 概述 二 滑坡的形式 第1节 概述 二 滑坡 2 造成滑坡的原因 降雨 蓄水 使岩土软化 坝背水坡浸润线 存在渗透力 1 振动 地震 爆破 2 土中含水量和水位变化 3 水流冲刷 使坡脚变陡 4 冻融 冻胀力及融化含水量升高 5 人工开挖 基坑 船闸 坝肩 隧洞出 入口 第1节 概述 地震引发的滑坡 第1节 概述 暴雨与地震引发泥石流 菲律宾 2006年2月17日菲律宾中东部莱特省因连日暴雨和南部 地区里氏2 6级轻微地震 爆发泥石流致近
4、3000人遇难 第1节 概述 滑坡泥石流 紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡 开挖 第1节 概述 云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡 开挖 第1节 概述 江岸崩塌滑坡 渗流 第1节 概述 三峡库区滑坡问题 蓄水造成的滑坡 2001年 重庆市云阳县发生两次大型滑坡 其中武隆边坡失稳 造成79人死亡 国务院拨款40亿元用于三峡库区地质灾害治理 第1节 概述 1989年1月8日 坡高103m 流纹岩中有强风化的密集 节理 包括一小型不连续面 事故导致电站厂房比计 划推迟一年 修复时安装了大量预应力锚索 漫湾滑坡 第1节 概述 坝体内浸润线太高 第1节 概述 楔形槽 西藏易贡巨型滑坡 第1节 概述 西藏易贡巨型滑
5、坡 时间 2000年4月9日 规模 坡高3330 m 堆积体2500m 宽约 2500m 总方量 280 300 106 m3 天然坝 坝高 290 m 库容 1534 106 m3 地质 风化残积土 险情 湖水以每日0 5 m速度上升 第1节 概述 滑坡后缘高程5520m 第1节 概述 易贡滑坡堰塞湖 扎 木 弄 沟 5520 m 2264 m 2340 m 2210 m 滑坡堆积 易贡茶厂 易贡巨型滑坡堰塞湖平面图 第1节 概述 高程 m 滑距 m 滑坡堆积体 2210m 易 贡 藏 布 2264m 5530 2200 4000 08000 4000 易贡巨型高速滑坡剖面示意图 20006
6、000 2340m 扎 木 弄 沟 第1节 概述 滑坡堰塞湖 易贡湖 第1节 概述 湖水每天上涨50cm 第1节 概述 城市中的滑坡问题 香港 重庆 填 方 挖 方 香港1900年建市 1977年成立土力工程署 港岛1972 Po Shan 滑坡 20 000 m3 67 死 20 伤 Po Shan RoadPo Shan Road Conduit RoadConduit Road Notewell RoadNotewell Road 第1节 概述 Early 1972 Early 1972 滑坡前滑坡前 June 1972 June 1972 滑坡后滑坡后 如何分析 判断 无粘性土坡 相对
7、简单 粘性土坡 复杂 安全系数的定义 土坡沿着某一滑裂面的安全系数F是这样定义 的 将土的抗剪强度指标降低为c F tan F 则土体沿着此滑裂面处处达到极限平衡 即 c e e tan e c e c F tan e tan F 第2节 无粘性土土坡的稳定分析 Noncoehsive soil slope 第2节 无粘性土土坡 破坏形式 表面浅层滑坡 强度参数 内摩擦角 考察一无限长坡 坡角为 分析一微单元A A W N T 由于无限土坡 微单元两侧作用力大小相等 方向相反 A 一 无渗流的无限长土坡 微单元A自重 W V 沿坡滑动力 对坡面压力 由于无限土坡两侧作用力抵消 抗滑力 Resi
8、stance 抗滑安全系数 W R N A W N T 第2节 无粘性土土坡 无渗流的无限长土坡讨论 当 时 Fs 1 0 天然休止角 可见安全系数与土容重 无关 与所选的微单元大小无关 即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面 上安全系数Fs都相等 思考题 在干坡及静水下坡中 如 不变 Fs有什么变化 第2节 无粘性土土坡 什么是滑坡 为什么滑坡 滑坡的形式 小结 无粘性土 表面浅层滑动 粘性土 深层滑动 无渗流的无限长土坡 W R N A W N T 小结 有沿坡渗流情况 取土骨架为隔离体 J J 二 有沿坡渗流情况 3 抗滑力 2 滑动力 2 沿坡渗流无限长砂土坡安全系数 4 安全系数 1 取
9、微单元A的土骨架为隔离体 作用力 自重 渗透力 底面支撑力N 底面抗滑力R W R N J A l h 第2节 无粘性土土坡 二 有沿坡渗流情况 与无渗流比较 Fs减小近一倍 注 意味着原来稳定的坡 有沿坡渗流时可能破坏 3 讨 论 与所选 V大小无关 亦即在这种坡中各点安全系数相同 与容重有关 W R N J 第2节 无粘性土土坡 三 部分浸水无粘性土坡 部分浸水无粘性土坡与干坡 完全水下坡相比 安全性如何 变化 坡面的稳定性相同 深层滑动的可能性大 水位 B C D 1 2 E A 第2节 无粘性土土坡 三 部分浸水无粘性土坡 土体滑动 考虑两个方向的力 平衡 Fx 0 Fy 0 未知量有
10、三个N1 N2 Fs 超静定 B C D A T1 N1 T2 N2 W水位 第2节 无粘性土土坡 B C D A R1 R2 W水位 将滑动土体分成两块 有四个平 衡方程 Fxi 0 Fyi 0 i 1 2 未知量有五个 R1 R2 Fs P1 需要引入假定 如 三 部分浸水无粘性土坡 B C D A R1 R2 W B C A E W2 W1 P1 R2 R1 D 第2节 无粘性土土坡 分析BCDE块的平衡 P1 W1sin 1 W1cos 1 tg Fs 代入EDA块的平衡方程 滑动力与 抗滑力 Fs 抗滑力 滑动力 需要迭代 N1 B C D A E T1 T2 N2 W2 W1 P1
11、 1 三 部分浸水无粘性土坡 第2节 无粘性土土坡 四 无粘性土的非线性强度指标对滑动面的 影响 无粘性土的非线性强度指标使滑动面 发生在一定深度处 而非表面 五 无粘性土坡稳定性分析小结 破坏形式 表面浅层滑坡 分析方法 考虑为无限长坡 第2节 无粘性土土坡 3 粘性土坡的稳定分析 强度参数 粘聚力c 内摩擦角 破坏形式 危险滑裂面位置在土坡深处 对于均 匀土坡 在平面应变条件下 其滑动面可用一圆 弧 圆柱面 近似 第3节 粘性土坡的稳定分析 O R 一 瑞典圆弧法 二 瑞典条分法 三 简化Bishop条分法 四 普遍条分法 Janbu法 O R 思考题 为什么粘性土坡通 常不会发生表面滑
12、动 3 粘性土坡的稳定分析 第3节 粘性土坡的稳定分析 圆弧滑动法由 瑞典工程师提 出的 冰川沉 积厚层软粘土 第3节 粘性土坡 瑞典圆弧法 一 整体圆弧法 瑞典圆弧法 一 分析计算方法 1 假设条件 均质土 二维 圆弧滑动面 滑动土体呈刚性转动 在滑动面上处于极限平衡状态 O R d W 一 整体圆弧法 瑞典圆弧法 第3节 粘性土坡 瑞典圆弧法 一 分析计算方法 2 平衡条件 各力对O的力矩平衡 1 滑动力矩 3 安全系数 当 0 粘土不排水强度 时 注 其中 是未知函数 2 抗滑力矩 O R d CB A W 一 整体圆弧法 瑞典圆弧法 第3节 粘性土坡 瑞典圆弧法 2 当 0时 n是l
13、x y 的函数 无法得到Fs的理 论解 1 其中圆心O及半径R是任 意假设的 须计算若干组 O R 找到最小安全系数 最可 能滑动面 3 瑞典圆弧法适用于饱和粘土 抗滑力矩 O R d CB A W 安全系数 第3节 粘性土坡 瑞典圆弧法 二 条分法的基本原理及分析 1 原理 注 无法求理论解 是 一个边值问题 应通过 数值计算解决 简化解 决方法是将滑动土体离 散化成土条 条分法 A O R C s b B 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 第3节 粘性土坡 条分法基本原理 抗滑力矩 2 条分法中的求解条件 第 i 条 土 的 作 用 力 Pi 1 hi 1 Wi hi Pi Hi 1
14、 Ni Ti Hi ti A O R C s b B 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 3 第3节 粘性土坡 条分法基本原理 Wi是已知的 作用在土条体底部的力与作用点 Ni Ti ti 共3n个 作用在条间的力及作用点 Pi Hi hi 共3 n 1 个 两端边界是已知的 假设总体安全系数为Fs Fs 共1个 未知数合计 3n 3 n 1 1 6n 2 n条土条的未知量数目 Pi 1 hi 1 Wi hi Pi Hi 1 Ni Ti Hi ti 2 条分法中的求解条件 A O R C s b B 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 3 第3节 粘性土坡 条分法基本原理 各条 水平向
15、静力平衡条件 x 0 共n个 垂直向静力平衡条件 z 0 共n个 力矩平衡条件 M0 0 共n个 n个土条底面上满足极限平衡条件 共n个 整体力矩平衡 1个 求解条件共4n 1个 2 条分法中的求解条件 平衡方程 第3节 粘性土坡 条分法基本原理 由于未知数为6n 2个 求解条件为4n 1个 二者相差 2n 3 不同的假设条件 对应不同计算方法 整体圆弧法 n 1 6n 2 4个未知数 4个方程 简单 瑞典 条分法 Pi Hi hi 0 ti li 2 2 n 1 个未知数 其他方法 假设条间力的假设 2 条分法中的求解条件 讨论 Pi 1 hi 1 Wi hi Pi Hi 1 Ni Ti H
16、i ti 第3节 粘性土坡 条分法基本原理 三 简单条分法 瑞典条分法 1 基本原理 忽略所有条间作用力 即 Pi Hi hi 0 3n 3 ti li 2n 共计减去4n 3未知数 未知数为2n 1 A O R C i b B i di Ti Ni Wi 第3节 粘性土坡 瑞典条分法 2 安全系数计算 Ni方向静力平衡 n个 求解方程 2n 1 个 滑动面上极限平衡条件 n个 A O R C i b B i di Ti Ni W i 总体对圆心O的力矩平衡 1个 滑动力矩 抗滑力矩 Wi Ti Ni i 第3节 粘性土坡 瑞典条分法 W N T 3 简 单 条 分 法 计 算 步 骤 圆心O 半径R 如图 分条 b R 10 编号 过圆心垂线为0条中线 列表计算 li Wi i 变化圆心O和半径R Fs最小 END A O R C s b B 2 10 1 2 3 4 5 6 7 Wi Ti Ni i 4 瑞典简单条分法的讨论 由于忽略条间力 有4n 1个平衡条件 实际 用2n 1个 有些平衡条件不能满足 忽略了条间力 所计算安全系数Fs偏小 越大 条间力的抗滑作用越大 Fs越偏小
