滑坡稳定性评价2

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1、滑坡稳定性评价,西安科技大学地质与环境工程系,2006年11月,专题报告 主讲： 王念秦,报告内容提纲,一、滑坡稳定性评价的内容、方法,主要评价内容包括： 1.确定滑坡的性质。包括滑坡的类型、规模、范围、条块和分级、滑坡发生或复活的条件、因素和诱发原因； 2.滑坡可能的扩大范围、危害范围； 3.滑坡发育过程、机理、目前所处的发育阶段、发展趋势及危害； 4.人类活动在滑坡发生或复活中的主要作用及改变的可能性； 5.滑坡转化为其它变形的可能性； 6.滑坡稳定性计算的范围、边界、滑面的层数、计算参数的取值范围、计算方法及结果； 7.预防和治理的可能性及主要方案。,一、滑坡稳定性评价的内容、方法,评价

2、方法： 滑坡稳定性评价的方法，目前尚不统一。徐邦栋先生积其四十余年研究和防治滑坡的实践，总结提出了评价滑坡与斜坡稳定性的八种方法（其中工程地质分析评价四个，力学计算方面四个）： 1.从山体和山坡的地貌演变方面评价滑坡的发育过程和稳定性； 2.从坡体结构、构造等地质条件对比方面评价滑坡的发育条件、结构构造、滑动面（带）的可能层位、条块和级的划分； 3.从滑坡的作用因素及其变化方面评价滑坡的主要作用因素及其消长变化对滑坡发生和发展趋势的影响； 4.从滑坡的变形形迹和动态资料分析方面评价滑坡的发育阶段、发展趋势以及各条块目前的稳定程度； 5.滑坡稳定性计算法； 6.坡脚应力与岩土强度对比法； 7.斜

3、坡平衡核算法； 8.工程地质比拟计算法，包括从现场找计算范围、岩土参数和滑坡推力的界限值，从类似条件下已滑动的、正在滑动的、已经稳定的、已做工程的滑坡找类比参数进行评价。,报告内容提纲,二、计算公式,1.稳定性计算所需要的基本资料 稳定性计算是以滑坡主轴断面为代表，取单位宽度（1m）的断面土条为代表进行计算，因此所需的基本资料为： 滑坡（或每一计算块体）的代表性主轴断面。由地质勘探决定并表明可能的滑动面层数和各层滑面及上、下级滑坡的关系； 滑体岩土的容重。因为滑坡是一种重力变形现象，主要是在重力作用下滑动的； 滑带土的抗剪强度指标（参数）：粘聚力C和内摩擦角； 不同季节和不同状态下，滑体内的主

4、要含水状态和地下水位。主要是和滑动面有关的地下水，以及裂缝中的充水情况，以便考虑静、动水压力对滑动的影响； 地震系数。如当地为地震高强烈区，应考虑地震对滑动的影响； 若是河岸或库岸滑坡，还应考虑最高、最低水位及其涨、落的变化幅度和速度，以便考虑水对滑动面的浸泡、软化、动水压力和水体抗力的作用； 其他有关资料。如开挖、堆载、人为灌水、大爆破震动、采空塌陷等，均应有所记载。 在稳定性计算中，所有作用因素都要换算成力的作用列入计算公式。其中最困难的是滑带土抗剪强度指标C和值的正确选择，它们对稳定性计算结果影响巨大，下面将作专门介绍。,二、计算公式,2.稳定性计算公式 滑动面为单一平面时（图2.1）

5、a.一般式： b. 滑体厚度相同或接近相等时，假定滑体的铅垂厚度为h，则可简化为： c.当滑体等厚，且全部饱水时，其稳定性计算中应考虑动水压力的作用，稳定系数为：,图2.1 单一平面滑动示意图,式中： 滑体天然重度； s饱水滑体的重度(kN/m2)；h滑体的铅垂厚度（m）；Asin动水压力（kN/m）； 滑带土抗剪力系数。,d.当滑体部分被水饱和时，设饱水部分的铅垂厚度为h0，如图2.2所示，则稳定系数为：,二、计算公式,图2.2平面 滑床部分饱水的情况,e.若为软硬岩层互层顺层滑动，顺滑动面一定长度L内有贯通裂缝成为某一滑块的后缘张裂缝，暴雨时缝中充水高度为H0，滑体并不饱水，则应考虑裂缝中

6、水的静压力作用，静水压力TB为 式中B为水的容重，此时，下滑力（T）， 抗滑力S= h L cos2tg+c L，则稳定系数K如下式： f. 若滑体未充水，而在地震作用下滑动时，则稳定系数为：,二、计算公式, 滑动面为折线时 大多数滑坡的滑动面为若干平面的组合，在主轴断面上呈折线，如图2.3。对于这种类型的滑坡，稳定性计算又有若干简化假定: .假定以主轴断面1m宽土条代表整个滑坡，土条侧面的摩擦力不计； .由于各段滑面的物质构成和含水状态不尽相同，故分别取各段不同的抗剪强度指标（参数）C、值； .以不同倾斜角度的滑面为依据将滑体分为若干块，块与块的相互作用简化为平行于滑面的推力，如图2.3的E

7、1和E3。 .计算整体稳定性时，要考虑块与块间推力的传递。 折线滑面计算稳定性时，既要计算各块段的稳定系数以判定主滑段和抗滑段，显然K小于1.0的为主滑段，K1.0的为抗滑段。计算各块的稳定系数时，不仅要考虑上、下块的作用力，更要计算整体的稳定性。,二、计算公式,图2.3折线滑面滑坡稳定性计算图,各块的稳定系数计算同单一平面型： 整体稳定性计算有两种方法： 水平力法：这是一种简单、粗略的方法，不考虑各块间内力的传递，将各块的下滑力和抗滑力均投影于水平面上，然后将抗滑力投影之和除以下滑力投影之和，即得整体的稳定系数K。此时，注意滑面倾向山的段落无下滑力而是抗滑力。如图2.3的4块，计算结果为：

8、抗滑力： 下滑力: T1=W1sin1cos1 ，T2=W2sin2cos2 ，T3=W3sin3cos3 ， T4=-W4sin4cos4 ，则:,二、计算公式,二、计算公式,写成一般式为： 式中：Wk为滑面倾向山的段落的重量； k为滑面倾向山的滑面倾角。 内力传递法：考虑各块段的内力传递，从滑坡上缘一块开始计算其剩余下滑力，逐块向下传递，直至滑坡趾部，由最后一块的抗滑力与下滑力之比决定整体稳定系数。仍以图2.3为例，先计算最上部第一块的剩余下滑力： E1=W1sin1-W1cos1tg1-C1L1 第一块的剩余下滑力平行于第一块滑动面作用于第二块。它可以分解为平行于第二块滑面的分力和垂直于

9、第二块的分力，前者起滑动作用，后者起抗滑作用（产生摩擦力），把它们投影于第二块滑面方向即为： E1=E1cos(1-2)-E1sin(1-2)tg2 =E1cos(1-2)-sin(1-2)tg2=E11 式中：1=cos(1-2)-sin(1-2)tg2 称传递系数。,二、计算公式,由此，计算第二块的剩余下滑力E2为： E2=W2sin2-W2cos2tg2-C2L2+ E11 同理， E3=W3sin3-W3cos3tg3-C3L3+E22 计算第四块时，由于滑面向山体，本身只有抗滑力而无下滑力，只有第三块传来之E33为滑动力，故其稳定系数为： 注意，计算到某一块，当出现剩余下滑力Ei为负

10、值时，即不再向下传递，因为土体不能传递拉力。 用传递系数综合计算，如上所述。也可以把起下滑作用和抗滑作用的两个分力分别计算在分母和分子中，计算结果稍有差别。 当有多层滑面存在时，应对每层计算其稳定系数。 以上公式中未考虑静、动水压力或地震力的影响，当有以上因素作用时，可以照单一滑面的原理列入计算。, 圆弧滑动面 沿圆弧形滑动面滑动的滑坡，其稳定系数的概念是对圆心的抗滑力矩与滑动力矩之比。由图2.4(a)可知00线左面为滑动部分，其重量是为W1，力臂为d1；右边部分为抗滑部分，其重量为W2，力臂为d2；滑弧长为L，滑带土的抗剪强度为C，则稳定系数为：,二、计算公式,图2.4 圆弧滑面滑坡稳定计算

11、示意图,实际计算中常用的方法是条分法，即把滑体分割成许多垂直小条，一般分为26条，如图2.4(b)，将其中某一条块的受力图画出，如图24(c)所示，将条块重力从形心垂直引起至滑动面分解为垂直于滑面的法向分力Ni和切于滑面的切向分力Ti，显然， Ni=Wicosi Ti=Wisini 当分条位于00线右边时，Ti也为抗滑力，用Ti表示。 滑带土的抗滑力为： S=Nitg+CL（假定C，相同） 条间力Xi，Yi和Xi+1和Yi+1，在分条很窄时，可假定其大小相等，方向相反，实践证明忽略条间力，对稳定系数影响不很大。由此得抗滑力矩（MS）和下滑力矩（MT）： 同样，当有地下水或应考虑地震时，在有关条

12、块上加入动水压力和地震力计算。,二、计算公式,报告内容提纲,一、滑坡稳定性评价的内容、方法 二、计算公式 三、计算参数选取 四、计算实例,稳定性计算中，滑面倾角和滑面长度L均可从断面上直接量取，滑块重量由断面面积乘以滑体容重，也容易取得，唯独滑带土的抗剪强度参数C，值最难确定和选取。这里着重作一介绍。 1.滑坡不同发育阶段不同部位滑带土的强度特征 滑带土剪切破坏的基本形式 多数滑坡的滑带土为粘性土，在剪切破坏过程中，其剪应力随剪切变形的变化，像普通粘性土一样。有如图3.1所示。OA段为弹性变形段；AB段为弹塑性变形段；至B点，达到土的最大强度（峰值强度）。过B点后，随着剪切变形的增加，抗剪强度

13、迅速降低，这是由于剪切过程中土体结构破坏，膨胀吸水软化所致。因此，C点的强度相当于结构破坏后的重塑土正常固结的峰值强度。CD段为剪切面上土的团粒和颗粒产生定向排列的阶段，至D点达到相应垂直压力下的最佳定向，强度降至残余强度r。DE段强度不再降低。,三、计算参数选取,图3.1 粘性土剪切曲线 1. 超固结土的剪切变形曲线； 2. 正常固结土的剪切变形曲线 A.弹性极限；B.强度极限；C.完全软化点；D.残余强度起始点, 不同部位的滑带土在滑坡的不同发育阶段具有不同的强度 滑坡的种类很多，就一般最常见的块体滑坡而言，大体上都有如图3.2所示的主滑、牵引和抗滑三个地段及其构成相应的滑带。其发生的机理

14、是：一定地质条件下的斜坡，由于外界因素的作用，主滑带不能保持平衡而失稳，产生蠕动；牵引段因前方失去支撑力而产生主动破坏，破坏后牵引段连同主滑段一起推挤抗滑地段；一旦抗滑地段形成新滑面并贯通时，滑坡即开始整体滑动。随着作用因素的变化，滑坡可由等速缓慢移动而进入加速剧滑阶段，经较大距离的滑移后，滑坡又渐趋稳定，滑带开始固结，滑体沉实、压密。 据此可按表3.1分析不同部位的滑带土在不同滑动阶段的强度。本表是对首次滑动的新滑坡而言的，对于古老滑坡的复活，可能在滑动刚开始就达到了滑带土相应的残余强度。至于牵引地段滑带土强度的变化，或是张开的裂缝，内无充填物者，如岩石顺层滑坡的后缘张裂缝，强度无变化；若有

15、充填物者，应考虑充填物与前后裂缝壁的摩擦强度。,三、计算参数选取,图3.2 块体滑坡基本段落图,三、计算参数选取,不同部位的滑带土在不同滑动阶段强度的变化 表3.1,三、计算参数选取,2.取得抗剪强度参数的方法 仪器测定法 任何仪器测定方法都是对滑坡的实际受力和运动状态的一种近似的模拟。试验结果的可靠性取决于试验仪器和方法对实际模拟的程度。由于常规的土工试验仪器和方法不能很好地模拟滑坡，故人们先后创造了滑面重合剪、多次直剪法、往复直剪法、现场大型直剪、环剪仪大位移剪和三轴切面剪等仪器和方法。 现在我们仅来分析一下各种方法的特点及其适用条件，以便根据实际情况进行选择。 应该说，原位大剪实验，即在

16、滑坡现场上的试坑或探洞（井）中挖出的滑带，沿着滑动方向进行现场大面积剪切试验。对滑坡的扰动少。符合于滑坡的实际状态。但这种方法一般只能在滑坡的前、后缘或边缘，滑带埋藏较浅处进行，在洞或井中进行试验毕竟工程大、花费多。而且由于试样的均质性较差，常常要多个试样（46个）才能得到一条较理想的强度曲线。 滑面重合剪是在现场滑带中取包含有滑动面的试样，在直剪仪上把天然滑面放在上、下盒之间，沿实际滑动方向进行剪切。从符合滑坡实际情况来说，它仅次于现场大型直剪，但取样、制样、保存、试验都要求高，操作困难，限制了其大量应用。,三、计算参数选取,多次直剪主要用于求滑带土随剪切次数的增加抗剪强度降低的规律和残余强度。由于设备简单、操作方便，在国内已广泛被采用。其优点是可用重塑土进行试验，土样均匀，规律性较好。要求是土样的密度和