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1、第二章 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CrestSlope surfacetoe1 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二章 土坡稳定分析作业：7-1,7-31 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坡失稳土体沿滑动面达到了极限平衡状态一. 土
2、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. 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
3、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
4、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,
5、 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 m2264 m2340 m2210 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2264m553022004000080004000易贡巨型高速滑坡剖面示意图200060002340m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
6、1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤)Po Shan RoadPo Shan RoadConduit RoadConduit RoadNotewellNotewell Road 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 =ce+e tane ce = c/F tane =
7、 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AAWNT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 Resistance ： 抗滑安全系数： WRNAWNT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
8、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WRNAWNT小结有沿坡渗流情况 取土骨架为隔离体JJ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RWR NJAlh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
9、安全系数相同 与容重有关WR NJ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 CD12EA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 未知量有三个N1、 N2 、Fs 超静定B CDAT1N1T2N2W水位第2节 无粘性土土坡B CDAR1R2W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 CDAR
10、1R2WB CAEW2W1 P1R2R1D第2节 无粘性土土坡分析BCDE块的平衡P1= W1sin 1(W1cos1 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N1B CDAET1T2N2W2W1 P11三. 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
11、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)OR思考题： 为什么粘性土坡通 常不会发生表面滑 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 Rd 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
12、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 RdCBAW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(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 RdCBAW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。 AOR C
13、sbB-2-1 01234567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+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHitiAOR CsbB-2-1 01234567-3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-2n条土条的未知量数目Pi+1 hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti2. 条分法中的求解条件AOR C
14、sbB-2-1 01234567-3第3节 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：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4n1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4n1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
15、条件讨论 Pi+1 hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti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= 03n-3 ti=li/2 n 共计减去4n- 3未知数未知数为2n+1AOR CibBidiTi NiWi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)AORCibBidiTi NiWi总体对圆心O的力矩平衡 (1个) 滑动力矩=抗滑力矩WiTiNii第3节 粘性土坡-瑞典条分法WNT3 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RFs最小ENDAOR CsbB-2-101234567WiTiNii4. 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*
