47土坡稳定性分析课件实用教案

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1、4.7.1 4.7.1 概述概述(i sh)(i sh)天然土坡天然土坡人工土坡人工土坡由于地质作用而自由于地质作用而自然然(zrn)(zrn)形成的土形成的土坡坡 在天然在天然(tinrn)(tinrn)土体中开挖或填筑土体中开挖或填筑而成的土坡而成的土坡 山坡、江河山坡、江河岸坡岸坡路基、堤坝路基、堤坝坡底坡底坡脚坡脚坡角坡角坡顶坡顶坡高坡高土坡稳定分析问题土坡稳定分析问题第1页/共36页第一页，共37页。土坡坡度土坡坡度(pd) (pd) 可用可用h/lh/l或或表示表示土坡高度土坡高度土的性质土的性质 气象条件气象条件静静( (动动) )水压力的作用水压力的作用地震地震 4.7.2 4

2、.7.2 4.7.2 4.7.2 影响影响影响影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)土坡稳定的因素土坡稳定的因素土坡稳定的因素土坡稳定的因素使土体抗剪强度(qingd)降低第2页/共36页第二页，共37页。实例：香港宝城大厦实例：香港宝城大厦 1972.7 滑坡滑坡 当场当场(dngchng)死亡死亡120人。人。第3页/共36页第三页，共37页。 工程设计中常假定粘性工程设计中常假定粘性(zhn xn)土坡的滑动土坡的滑动面为圆弧面，用圆弧滑动法（极限平衡法的一种）面为圆弧面，用圆弧滑动法（极限平衡法的一种）分析粘性分析粘性(zhn xn)土坡的稳定性，

3、即圆弧法。土坡的稳定性，即圆弧法。4.7.3 4.7.3 4.7.3 4.7.3 土坡稳定土坡稳定土坡稳定土坡稳定(wndng)(wndng)(wndng)(wndng)分析圆弧法分析圆弧法分析圆弧法分析圆弧法最初由瑞典(ru din)科学家提出的。被太沙基认为是现今岩土工程中的一个里程碑。第4页/共36页第四页，共37页。第5页/共36页第五页，共37页。1、整体圆弧滑动(hudng)法（瑞典圆弧法）dOCAWTf整体圆弧滑动受力示意图整体圆弧滑动受力示意图第6页/共36页第六页，共37页。abcdiiOCRABH1) 1) 原理原理对于外形对于外形(wi xn)(wi xn)复杂、复杂、

4、00的粘性土土坡，土体分层情的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析。用条分法分析。 各土条对滑弧各土条对滑弧圆心的抗滑力圆心的抗滑力矩和滑动力矩矩和滑动力矩 滑动土体分滑动土体分为若干为若干(ru(ru gn)gn)垂垂直土条直土条土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 2、条分法第7页/共36页第七页，共37页。2) 2) 受力分析受力分析(fnx)(fnx)图图第8页/共36页第八页，共37页。n个土条，个土条，n-1个分界面个分界面(jimi

5、n)，Pi 、Hi、hi共共3(n-1)个未知数；个未知数；Ni 、Ti共共2n个未知数；个未知数；Fs一个未知数。一个未知数。3) 3) 土条土条i i平衡平衡(pnghng)(pnghng)方程方程 若把滑动土体分成若把滑动土体分成n个条块，则共有个条块，则共有(n yu)未知未知数数5n-2个，可建方程个，可建方程4n个，为超静定问题。个，为超静定问题。第9页/共36页第九页，共37页。4) 4) 求解求解(qi ji)(qi ji)方法方法 （1）假定条间力的大小与方向的毕肖(bxio)普法和瑞典条分法；（2）假定条间力的作用方向的不平衡推力传递法；（3）假定条间力的作用点位置的简布法

6、。第10页/共36页第十页，共37页。步骤步骤(bzh(bzhu)u)：abcdiiOCRABH.按比例按比例(bl)(bl)绘出土坡绘出土坡剖面剖面 .任选一圆心任选一圆心O O，确定滑，确定滑动面，将滑动面以上土体动面，将滑动面以上土体分成分成(fn chn)(fn chn)几个等宽几个等宽或不等宽土条或不等宽土条 .每个土条的受力分析每个土条的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi静力平衡静力平衡假设两组合力假设两组合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi i1 1) )5)5)、瑞典条分法、瑞典条分法求解前提第11页/共36页第

7、十一页，共37页。.滑动滑动(hudng)(hudng)面的总滑动面的总滑动(hudng)(hudng)力矩力矩 .滑动滑动(hudng)(hudng)面的总抗滑力面的总抗滑力矩矩 .确定确定(qudng)(qudng)安全系安全系数数 abcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi条分法是一种试算法，应选取条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行不同圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数计算，求最小的安全系数 第12页/共36页第十二页，共37页。瑞典条分法的特点：瑞典条分法的特点： (1) 忽略忽略(hl)条间力的作用条间力的作用 (2) 满足滑动土

8、体整体力矩平衡条件满足滑动土体整体力矩平衡条件(3) 不满足条块的静力平衡条件不满足条块的静力平衡条件(4) 满足极限平衡条件满足极限平衡条件(5) 得到的安全系数偏低得到的安全系数偏低第13页/共36页第十三页，共37页。6)6)、毕肖、毕肖(b xio)(b xio)普法（普法（BishopBishop法）法） 考虑(kol)条块侧面力简化比肖普法简化比肖普法-只考虑只考虑(kol)水平力水平力P不考虑不考虑(kol)侧面力侧面力H第14页/共36页第十四页，共37页。(1) 假设条块间作用力只有法向力没有切向力；假设条块间作用力只有法向力没有切向力；(2) 满足滑动土体整体力矩平衡条件；

9、满足滑动土体整体力矩平衡条件； 满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条 块的力矩平衡条件；块的力矩平衡条件；(4) 满足极限平衡条件；满足极限平衡条件； 得到得到(d do)的安全系数比瑞典条分法略高一点。的安全系数比瑞典条分法略高一点。简化Bishop方法(fngf)的特点第15页/共36页第十五页，共37页。7)7)、普遍、普遍(pbin)(pbin)条分法（简布法条分法（简布法-Janbu-Janbu法）法）1). 求解前提： 假定条块间水平作用力的位置。2).方法的特点： (1) 考虑条间力的作用 (2) 满足(mnz)所有静力平衡条件 (3)

10、 满足(mnz)极限平衡条件 Xi hiHi+1Pi+1hi+1iHiPihiOiNiWiTi i第16页/共36页第十六页，共37页。8)8)、最危险滑裂面的确定、最危险滑裂面的确定(qudng)(qudng)方法（费方法（费伦纽斯）伦纽斯）B 1OARH 2 1). 均匀(jnyn)粘性土坡 =0时：第17页/共36页第十七页，共37页。C1BAHO1E 1 2O2FS14.5HDHMFGO3O1O4O2FS4O3C3O4C4C22. 均匀(jnyn)粘性土坡 0时：第18页/共36页第十八页，共37页。4.7.4 4.7.4 简单(jindn)(jindn)土坡稳定计算定义(dngy)：

11、当土坡土质均一，坡度不变，无地下水时，称为简单土坡。第19页/共36页第十九页，共37页。1 1、无粘性、无粘性(zhn xn)(zhn xn)土简单土坡土简单土坡考察坡面上考察坡面上(min shn)M土颗粒土颗粒其重力其重力(zhngl)为为G，分力有：，分力有：TT MNG 第20页/共36页第二十页，共37页。(525) 可可见见，当当 时时，k1，此此时时(c sh)称为称为“ 自然体止角自然体止角”。要求要求(yoqi)：安全系数：安全系数k=1.11.5。第21页/共36页第二十一页，共37页。2 2、粘性、粘性(zhn xn)(zhn xn)土简单土坡土简单土坡泰勒泰勒(ti

12、l)(ti l)稳定数法稳定数法土坡稳定分析土坡稳定分析(fnx)的五个参数：的五个参数：c, , , , hc令：令：则得：泰勒稳定数图表则得：泰勒稳定数图表第22页/共36页第二十二页，共37页。第23页/共36页第二十三页，共37页。为此为此(wi c)，可解决：，可解决：1、已知、已知 ，c， ， ，能求能求hc3、已知、已知h， ，c， ， ，能求能求 2、已知、已知c， ， ，h ，能求能求k第24页/共36页第二十四页，共37页。另：对于另：对于(duy)饱和软粘土，饱和软粘土，0，则有：，则有： ，坡脚圆、查图实线；，坡脚圆、查图实线； 4，则取Ns5.54坡面圆、查虚线(xx

13、in)；中点圆、查点(chdin)划线；坡脚圆、查实线；nd-深度系数，坚硬土层面到坡顶的距离与H的比值。第25页/共36页第二十五页，共37页。 例例： 某某工工程程需需开开挖挖(ki w)基基坑坑h=6m，地地基基土土的的天天然然重重度度=18.2kN/m3，内内摩摩擦擦角角15，粘粘聚聚力力c=12kPa，试试确确定定能能保保证证基基坑坑开开挖挖(ki w)安全的边坡稳定坡度。安全的边坡稳定坡度。解：由已知条件解：由已知条件(tiojin)c， h得：得： 再再由由Ns=9.1查查图图639中中15的的曲曲线线，可可得得坡坡角角57.0 ，故故基基坑坑开开挖挖时时稳稳定定(wndng)的

14、边坡坡度为的边坡坡度为1:0.65。第26页/共36页第二十六页，共37页。4.7.5 4.7.5 土坡稳定土坡稳定(wndng)(wndng)分析中有关问题分析中有关问题 1 1、挖方、挖方(wfng)(wfng)边坡与天然边边坡与天然边坡坡 天然地层的土质与构造比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡相比，性天然地层的土质与构造比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡相比，性质上所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，质上所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，得到安全系数，比较符合实测结果。但对于超固结裂隙粘土土坡，采用得到安全系数，比较符合实测结果。但对于超固结

15、裂隙粘土土坡，采用(ciyng)(ciyng)与上述相同的分析方法，会得出不正确的结果。与上述相同的分析方法，会得出不正确的结果。n2 2、关于圆弧滑动条分法、关于圆弧滑动条分法计算中引入的计算假定：计算中引入的计算假定： 滑动面为圆弧。滑动面为圆弧。 不考虑条间力作用。不考虑条间力作用。 安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义。安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义。第27页/共36页第二十七页，共37页。3 3、土的抗剪强度、土的抗剪强度(qingd)(qingd)指标值指标值的选用的选用 土的抗剪强度指标值选用应合理：土的抗剪强度指标值选用应合理： 指标值过高，有

16、发生滑坡的可能指标值过高，有发生滑坡的可能 指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济。经济。 实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质和排水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。和排水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。 如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用有效如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用有效(yuxio)(yuxio)应力法比较合理。重要的工程应采用有效应力法比较合理。重要的工程应采用有效(yuxio)(yuxio)强度指标进行核算。对于控制土坡稳定的各个时强度指标进

17、行核算。对于控制土坡稳定的各个时期，应分别采用不同试验方法的强度指标。期，应分别采用不同试验方法的强度指标。第28页/共36页第二十八页，共37页。n4 4、安全系数、安全系数(nqun xsh)(nqun xsh)的选用的选用 影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用，计影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用，计算方法和计算条件的选择等。工程等级愈高，需要的安全系算方法和计算条件的选择等。工程等级愈高，需要的安全系数愈大。数愈大。 目前，对于土坡稳定的安全系数，各个部门有不同的规目前，对于土坡稳定的安全系数，各个部门有不同的规定。定。同一边坡稳定分析，选用不同的试验方法、不同的稳定

18、分析同一边坡稳定分析，选用不同的试验方法、不同的稳定分析方法，会得到不同的安全系数。根据结果方法，会得到不同的安全系数。根据结果(ji gu)(ji gu)综合分综合分析安全系数，得到比较可靠的结论析安全系数，得到比较可靠的结论第29页/共36页第二十九页，共37页。5 5、查表法确定、查表法确定(qudng)(qudng)土质边坡的坡度土质边坡的坡度 边坡的坡度允许值，应根据当地经验边坡的坡度允许值，应根据当地经验(jngyn)(jngyn)，参照，参照同类土层的稳定坡度进行确定。同类土层的稳定坡度进行确定。 一些规范和手册根据大量设计和运行经验一些规范和手册根据大量设计和运行经验(jngy

19、n)(jngyn)规规定了土坡坡度的允许值，可以通过查表法确定土质边坡的定了土坡坡度的允许值，可以通过查表法确定土质边坡的坡度。坡度。第30页/共36页第三十页，共37页。本章本章(bn zhn)小结：小结： 土压力的种类，静止压力计算土压力的种类，静止压力计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)，朗肯土压力理论，库仑土压力理论，朗肯土压力理论，库仑土压力理论，几种常见情况的土压力，挡土墙设计，土坡稳定分析。几种常见情况的土压力，挡土墙设计，土坡稳定分析。 第31页/共36页第三十一页，共37页。传递传递(chund)系数法：系数法： 剩余(shngy)下滑力计算公式：第3

20、2页/共36页第三十二页，共37页。End第33页/共36页第三十三页，共37页。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛(gungfn)阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第34页/共36页第三十四页，共37页。第35页/共36页第三十五页，共37页。谢谢(xi xie)大家观赏！第36页/共36页第三十六页，共37页。内容(nirng)总结4.7.1 概述。第1页/共36页。各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩。（1）假定条间力的大小与方向的 毕肖普法和瑞典条分法。.滑动面的总滑动力矩。简化比肖普法-只考虑水平力P不考虑侧面力H。满足各条块力的多边形闭合条件(tiojin)，但不满足条。nd-深度系数，坚硬土层面到坡顶的距离与H的比值。1、挖方边坡与天然边坡。计算中引入的计算假定：。安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义。第35页/共36页第三十七页，共37页。