《第七章 土坡稳定分析讲义教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章 土坡稳定分析讲义教材（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、土坡稳定分析Stability analysis of soil slopes,第1节 概述,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,第3节 粘性土土坡的稳定分析,第4节 总应力法与有效应力法,第5节 工程实际中的边坡稳定问题,土坡稳定分析,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？,一. 土坡：具有倾斜面的土体,1天然土坡,第1节 概述,江、河、湖、海岸坡,一、土坡：具有倾斜面的土体,2人工土坡, 挖方：沟、渠、坑、池,露天矿,第1节 概述,一、土坡：具有倾斜面的土体,2人工土坡, 填方：堤、坝、路基、堆料,第1节 概述,堆石坝,2人工 土坡,第1节 概述,堤防,2人
2、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,1、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,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3000人遇难,云南徐村
3、水电站溢洪道土坡滑坡开挖,江岸崩塌滑坡渗流,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,1989年1月8日 坡高103m。地质：流纹岩中有强风化的密集节理，包括一个小型不连续面。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,坝体内浸润线太高,西藏易贡巨型滑坡,西藏易贡巨型滑坡,时间：2000年4月9日 规模：坡高3330 m, 堆积体2500m、宽约 2500m，总方量=280-300106 m3 天然坝：坝高=290 m, 库容=1534 106 m3 地质：风
4、化残积土。 险情：湖水以每日0.5 m速度上升。,滑坡后缘高程5520m,城市中的滑坡问题（香港，重庆）,1 概述,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),如何分析、判断？无粘性土坡-相对简单粘性土坡-复杂,安全系数的定义,土坡沿着某一滑裂面的安全系数Fs是这样定义的，将土的抗剪强度指标降低为c/Fs, tan/Fs , 则土体沿着此滑裂面处处达到极限平衡，即抗滑强度按下式计算时，滑裂面上处处达到极限平衡： =ce+ tane ce = c/Fs；tane = tan/Fs 亦即：极限平衡方程：,第二节
5、无粘性土土坡的稳定分析,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,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,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：,抗滑安全系数：,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,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 无粘性土土坡的稳定分析,二. 有沿坡渗流情况,(3) 抗滑力：
6、,(2) 滑动力：,1沿坡渗流无限长砂土坡安全系数,(4) 安全系数：,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,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,2. 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,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,三. 部分浸水无粘性土坡,1、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,A,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,三. 部分浸水无粘性土坡,力平衡法（极限平衡法的一种）：只考虑主矢等于零，不考虑力矩平衡。 假设安全系数为Fs，土体沿滑裂
7、面AD、DC滑动（极限平衡），考虑两个方向的力平衡： Fx= 0; Fy = 0 未知量有三个：N1、 N2 、Fs 超静定问题,水位,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,三. 部分浸水无粘性土坡,将滑动土体从折点处竖直分成两块，有四个平衡方程： Fxi= 0; Fyi = 0， i=1,2 未知量有五个 N1、 N2 、Fs 、P1， 仍为超静定。 需要引入假定，如 假定P1平行DC,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,三. 部分浸水无粘性土坡,分析BCDE块的平衡： P1 +T1/FsW1sin 1 =0 P1= W1sin 1(W1cos1 tg1)/Fs 1为水位以上土的内摩擦角。 分析EDA
8、沿AD的滑动稳定性： 将P1、W2沿AD分解为切向力和法向力，算出滑动力与抗滑力，则设沿CD和AD的安全系数相等： Fs =抗滑力/滑动力,1,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,2,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,三. 部分浸水无粘性土坡,1,2,2为水位以下土的内摩擦角。 代入P 1 ，解出安全系数。 AD、CD是任意假定的，必须假 定各种不同水位、各种折角1、 2 进行许多个滑动面计算，以确定最 危险水位和最不利滑动面位置，得 到最小安全系数，才是 边坡真正的稳定安全系数。 计算量很大。,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
9、,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 国际滑坡会议网址,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,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 国际滑坡会议网址,第2节 无粘性土土坡的稳定分析,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。,3 粘性土坡的稳定分析,3 粘性土坡的稳定分析,1 瑞典圆弧法 2 瑞典条分法 3 简化Bishop条分法 4 普遍条分法(Janbu法),3 粘性土坡的稳定分析,思考题： 为
10、什么粘性土坡通常不会发生表面滑动？,圆弧滑动法由瑞典工程师提出的。冰川沉积厚层软粘土,3 粘性土坡-瑞典圆弧法,二、整体圆弧法(瑞典圆弧法),二、整体圆弧法(瑞典圆弧法),(一) 分析计算方法 1假设条件：,W,3 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：,(2) 抗滑力矩：,W,二、整体圆弧法(瑞典圆弧法),3 粘性土坡-瑞典圆弧法,. 当0时，n是l(x,y)的函数，无法得到Fs的理论解,. 其中圆心O及半径R是任意假设的，还必须计算若干组（O, R）找到最小安全系数 最可能滑动面,3. 适用于饱和粘土,二、整体
11、圆弧法(瑞典圆弧法)-讨论,3 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。一个简化解决方法是将滑动土体分成条条分法。实际是一种离散化计算方法,整体圆弧法 ： n是l (x,y)的函数,3 粘性土坡-条分法基本原理,2. 条分法中的求解条件,第i条土的作用力,3 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 作用在条间上的力及作用点： 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 (且每条Fs都相等) Fs 共1个 未知数合计=3n+3
12、(n-1)+1=6n-2,n条土条的未知量数目,2. 条分法中的求解条件,3 粘性土坡-条分法基本原理,各条： 水平向静力平衡条件： x=0 共n个 垂直向静力平衡条件： y=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4n1个,2. 条分法中的求解条件平衡方程,3 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4n1个 二者相差(2n-3),因而出现了不同的假设条件，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 共2（n+
13、1）个未知数 其他方法： 假设力作用点位置、条间力的假设,2. 条分法中的求解条件讨论,3 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： 忽略了所有条间作用力，即： Pi=Hi=hi=03n-3 ti=li/2n 共计减去4n-3未知数 未知数为2n+1,3 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(n个),总体对圆心O的力矩平衡 (1个),3 粘性土坡-瑞典条分法,滑动力矩=抗滑力矩,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
14、Wi i,变化圆心O和半径R,Fs最小,END,4. 瑞典简单条分法的讨论,* 由于忽略条间力，有4n1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,假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别,一般情况下，Fs偏小10%左右工程应用中偏于安全,3 粘性土坡-瑞典条分法,四、毕肖甫(Bishop)法,A,O,R,C,i,b,B,i,di,Ti,Ni,Wi,3 粘性土坡-毕肖甫条分法,1. 原理与特点,假设滑裂面为圆弧 不忽略条间作用力 在每条的滑裂面上满足极限平衡条件 每条上作用力在y方向（竖直）上静力平衡 总体对圆
15、心O力矩平衡,DPi 不出现,注： 未考虑各条水平向作用力及各条力矩平衡条件，实际上条件不够：缺 Hi，共(n-1)个条件 设Hi=0则条件够了简化Bishop法，忽略条间切向力,3 粘性土坡-毕肖甫条分法,求解条件,平衡条件：2n+1 未知数：6n-2,1）由于法向力平衡 Pi(Pi) 不出现 （n-1）,2）不计各条力矩平衡 ti 及 hi （2n-1）,3) 假设 Hi=0（不计条间切向力） (n-1),3 粘性土坡的稳定分析,2安全系数公式,其中,3 粘性土坡的稳定分析,3 毕肖甫法计算步骤,圆心O，半径R,设 Fs=1.0,计算 mqi,YES,Fs最小,END,计算,No,YES,
16、No,五. 普遍条分法 (简布 Janbu法),3 粘性土坡的稳定分析,五. 普遍条分法(简布 Janbu法),3 粘性土坡的稳定分析,P1 = P1 P2 = P1 + P2 = P1 + P2 Pi =Pi (i=1,j) Pn =Pi = 0 (i=1,n),2安全系数公式,计算比较繁杂,3 粘性土坡的稳定分析,五. 普遍条分法(简布 Janbu法),3 粘性土坡的稳定分析,对O点的力矩平衡求Hi 和Pi的关系,五. 普遍条分法(简布 Janbu法),1特点,(1) 任意形式滑裂面，不一定圆弧,(2) 满足各条X、Z静力平衡 满足各条力矩平衡 满足整体力矩平衡,3 粘性土坡的稳定分析,五. 普遍条分法(简布 Janbu法),六. 几种分析计算方法的总结,3 粘性土坡的稳定分析,条分法小节,简布条
