邊坡穩(wěn)定性分析

Stabilityanalysisofsoilslopes坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高具有傾斜面的土體1概述2表層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析4水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響第八章邊坡穩(wěn)定性分析§1概述1．天然土坡

江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有傾斜面的土體

山、嶺、丘、崗、天然坡2．人工土坡

挖方：溝、渠、坑、池¤

填方：堤、壩、路基、堆料二.滑坡什么是滑坡？為什么會(huì)滑坡？一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)二.滑坡1．滑坡的危害：

土、巖體滑坡是重大的自然災(zāi)害 我國(guó)是滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家§1概述二.滑坡-—滑坡的主要形式崩塌平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)流滑

泥石(洪)流總是與暴雨或山洪相聯(lián)系，是在有足夠外部水流(或降雨)參與下形成的一種高密度“流體”。§1概述二.滑坡2．造成滑坡的原因

降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤(rùn)線存在滲透力1）振動(dòng)：地震、爆破2）土中含水量和水位變化3）水流沖刷：使坡腳變陡4）凍融：凍脹力及融化含水量升高5）人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口原因：(1)外界的作用破壞了土體原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，增大了滑動(dòng)面上的滑動(dòng)動(dòng)力；(2)土體抗剪強(qiáng)度由于受到外界各種因素的影響而降低?！?概述

土體滑坡形態(tài)格式各樣，主要取決于土的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造。1.粗粒土坡的滑坡深度淺、形狀接近于平面;2.粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土坡滑動(dòng)面的形狀按塑性理論分析為對(duì)數(shù)螺旋曲面，在計(jì)算中通常以圓弧面代替。3.判斷邊坡的穩(wěn)定性，是以計(jì)算滑動(dòng)土體的抗滑力和滑動(dòng)力的比值為依據(jù)。比值大于1為安全，等于1為達(dá)到極限狀態(tài)，小于1不安全。應(yīng)如何分析、判斷邊坡的穩(wěn)定性？§2

表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析土邊坡對(duì)象：無粘性土坡破壞形式：表面淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無限長(zhǎng)坡，坡角為分析一微單元AWTNaA分析方法：考慮為無限長(zhǎng)坡安全系數(shù)：一.無滲流的無限長(zhǎng)土坡1）微單元A自重:

W=V2)沿坡滑動(dòng)力：3)對(duì)坡面壓力：(由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消)

4）抗滑力：5)抗滑安全系數(shù)：§2表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析RNWANWTaWRNlh無滲流的無限長(zhǎng)土坡討論當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)s=1.0，天然休止角可見安全系數(shù)與土容重?zé)o關(guān)與所選的微單元大小無關(guān)。

即坡內(nèi)任一點(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)Fs都相等思考題：干坡與靜水下，若坡中不變，F(xiàn)s有什么變化§2表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析二.有滲流情況(3)抗滑力：

(2)滑動(dòng)力：2．有滲流砂土邊坡安全系數(shù)(4)抗滑安全系數(shù)：滲透力平行坡面NWTAaWRNlhJRNWJ滲透力：底面支撐力N，底面抗滑力R(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力§2表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析自重：二.有沿坡滲流情況3.討論與所選V大小無關(guān)，亦即在在這種坡中各點(diǎn)安安全系數(shù)相同與容重有關(guān)aWTNAlh§2表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析與無滲流比較Fs減小近一倍注：意味著原來穩(wěn)定定的坡，有沿坡滲滲流時(shí)可能破壞§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析土層性質(zhì)：粘性土土、土質(zhì)均勻強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：實(shí)際滑滑坡表明，對(duì)于粘粘性、均勻土坡，，在平面應(yīng)變條件件下，其滑動(dòng)面與與圓弧（圓柱面））近似。OR二、圓弧滑動(dòng)面的的整體穩(wěn)定分析基本概念土坡在自重作用下下產(chǎn)生如圖的滑動(dòng)動(dòng)，根據(jù)抗滑動(dòng)力力矩和滑動(dòng)力矩的的平衡關(guān)系，有土土坡穩(wěn)定性安全系系數(shù)如下：圖8.7土體的整體穩(wěn)定分分析§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析總體說有兩種分析析方法：（1）整體圓弧滑動(dòng)法法。主要適用于均均質(zhì)簡(jiǎn)單土坡。所所謂簡(jiǎn)單土坡是指指土坡的坡度不變變，頂面和地面水水平，且土質(zhì)均勻勻，無地下水。（2）條分法。條分法法對(duì)非均質(zhì)土坡、、土坡外形復(fù)雜、、土坡部分在水下下情況均適用。2.分析計(jì)算方法

均質(zhì)土

二維

圓弧滑動(dòng)面

滑動(dòng)土體呈剛性轉(zhuǎn)動(dòng)

在滑動(dòng)面上處于極限平衡狀態(tài)1）假設(shè)條件：圖8.8土體的整體穩(wěn)定分分析二、圓弧滑動(dòng)面的的整體穩(wěn)定分析§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析2）平衡條件（各力力對(duì)O的力矩平衡）(1)滑動(dòng)力矩：(3)安全系數(shù)：當(dāng)=0（粘土不排水強(qiáng)度度）時(shí)，(2)抗滑力矩：fWROBdACθ為AC弧二、圓弧滑動(dòng)面的的整體穩(wěn)定分析§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析討論:(1)當(dāng)0時(shí)，n是L(x,y)的函數(shù)，無法得到到Fs的理論解(2)其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，還還必須計(jì)算若干組組（O,R）找到最小安全系系數(shù)———最可能滑動(dòng)面(3)適用于飽和粘土§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析三、條分法的基本本原理1．原理則，無法求理論解，是是一個(gè)邊值問題題，應(yīng)通過數(shù)值計(jì)計(jì)算解決。一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)化解決方法是將將滑動(dòng)土體分成條條—條分法。實(shí)際是一種離散散化計(jì)算方法整體圓弧法中的抗抗滑力矩：n是l(x,y)的函數(shù)，若n不為零AORCsbB-2-101234567§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析2．條分法中的力和和求解條件Wi大小和方向已知；；滑動(dòng)面上的Ni、Ti(含cili和Nitgφi)大小未知；土條兩側(cè)，EiFihi由前一個(gè)土條計(jì)算算得出,Ei＋1、Fi＋1、hi＋1未知；可見，作用在土條條上的作用力有5個(gè)未知數(shù)，可以建建立3個(gè)平衡方程，故為為靜不定問題。（1）未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性性分析(2)力平衡條件（求解解條件）簡(jiǎn)化計(jì)算方法：1.不考慮土條間的作作用力，或只考慮慮其中的一個(gè)；2.假設(shè)條間力的作用用方向或規(guī)定Ei和Fi的比值；3.假定條塊間力的作作用位置，hi已知。四.簡(jiǎn)單條分法（瑞典典條分法）1．基本假設(shè)：費(fèi)倫紐斯假設(shè)土土條兩側(cè)的合力力相等，作用線線重合，即土條條兩側(cè)的作用力力相互抵消。此此時(shí)土條上的作作用力僅有自重重和滑動(dòng)面上的的兩個(gè)分力。、2．計(jì)算方法：計(jì)算土條自重將土條自重分解解§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析四.簡(jiǎn)單條分法（瑞瑞典條分法）滑動(dòng)面上土的抗抗剪強(qiáng)度為：計(jì)算滑動(dòng)力矩和和穩(wěn)定力矩:計(jì)算土坡的穩(wěn)定定安全系數(shù)對(duì)于均質(zhì)土坡§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析3.簡(jiǎn)單條分法計(jì)算算步驟圓心O，半徑R（如圖）分條：b=R/10編號(hào)：過圓心垂垂線為0#條中線列表計(jì)算liWii變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCsbB-2-1012345674.瑞典簡(jiǎn)單條分法法的討論忽略了條間力，，所計(jì)算安全系數(shù)K值偏小；假設(shè)圓弧滑裂面面，使K值偏大；總體結(jié)果是K值偏小。越大(條間的抗滑作用用力越大)，K值越偏小。假設(shè)圓弧滑裂面面，與實(shí)際滑裂裂面有差別。一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中中偏于安全由于忽略了條塊塊間的作用力，，只滿足力矩平平衡，不滿足靜靜力平衡?！?深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析四、畢肖普（Bishop））法畢肖普（A·W·Bishop）1955年提出的一種簡(jiǎn)簡(jiǎn)化計(jì)算方法。。該方法可以以考慮條塊間的的作用力。但在在考慮整個(gè)滑動(dòng)動(dòng)土體力矩平衡衡條件時(shí)，認(rèn)為為各土條的作用用力對(duì)圓心力矩矩之和為零?！?深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析1.原理與特點(diǎn)假設(shè)滑裂面為圓圓弧不忽略條間作用用力土條的滑裂面上上滿足極限平衡衡條件土條在y方向上（豎直））達(dá)到靜力平衡衡總體對(duì)圓心O力矩平衡四、畢肖普（Bishop））法2.推導(dǎo)過程豎向平衡條件：：若土條的穩(wěn)定安安全系數(shù)為K，與滑動(dòng)動(dòng)面上的切向力力相平衡的條件件有：§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析參數(shù)包包含含有K，是一超越方程程。采用試算的的方法。查曲線的方法。。3.畢肖甫法計(jì)算步步驟圓心O，半徑R設(shè)K=1.0計(jì)算mqiYESFs最小END計(jì)算K/NoYESNo四、畢肖普（Bishop））法4.小結(jié)滿足整體力矩平平衡條件；滿足各條塊力的的多邊形閉合條條件，但不滿足足條塊的力矩平平衡；假設(shè)條塊間作用用力只有法向力力沒有切向力；；滿足極限平衡條條件。得到的安全系數(shù)數(shù)較瑞典條分法法略高一些?！?深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析五.普遍條分法（簡(jiǎn)簡(jiǎn)布Janbu法）1.思路假設(shè)了土體條塊塊間的水平作用用力的位置。由此可以獲得，，每個(gè)條塊都滿滿足全部靜力平平衡條件和極限限平衡條件，滑滑動(dòng)土體的整體體力矩平衡條件件也自然得到滿滿足。該方法適用于任任何滑動(dòng)面而不不必規(guī)定滑動(dòng)面面是一個(gè)圓弧面面。該方法由簡(jiǎn)布提提出。§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析五.普遍條分法（簡(jiǎn)簡(jiǎn)布Janbu法）AORCibBidiTiNiWiWihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXih假定條塊間水平作用力的位置2.受力狀態(tài)分析§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析3.簡(jiǎn)布法計(jì)算步驟驟令△Hi＝0計(jì)算K/計(jì)算△Pi計(jì)算KK－K/<△END計(jì)算PiNo計(jì)算△HiYES土坡坡度（豎直:水平）坡角β1:0.5860°29°40°1:145°28°37°1:1.533°41′26°35°1:226°34′25°35°1:318°26′25°35°1:414°02′25°37°1:511°19′25°37°β1及β2的取值六、圓弧滑動(dòng)面面的整體穩(wěn)定分分析§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析七.幾種分析計(jì)算方方法的總結(jié)§3深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析八、邊坡穩(wěn)定分分析圖解法土坡穩(wěn)定分析工工作量很大，許許多學(xué)者整理出出坡高H、坡角α、與土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)c、φ和γ之間的關(guān)系，并并繪制如圖關(guān)系系，直接計(jì)算土土坡穩(wěn)定性。即即知道其中4個(gè)參數(shù)就可以計(jì)計(jì)算剩余的數(shù)值值?！?深層滑動(dòng)的穩(wěn)定定性分析§4水對(duì)邊坡穩(wěn)定的的影響從本質(zhì)上講，水水的浸入將使土土的抗剪強(qiáng)度指指標(biāo)降低、有效效應(yīng)力減小，土土體抗滑動(dòng)能力力減小，導(dǎo)致邊邊坡失穩(wěn)。一、土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)及安全全系數(shù)的選用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)允許安全系數(shù)說明固結(jié)快剪1.10~1.30土坡上超載q引起的抗滑力矩可全部采用或部分采用，視土體在q作用下固結(jié)程度而定；q引起的滑動(dòng)力矩應(yīng)全部計(jì)入三軸不排水剪1.30~1.50孔隙水壓力采用與計(jì)算情況相應(yīng)的數(shù)值十字板剪1.10~1.30需考慮因土體固結(jié)引起的強(qiáng)度增長(zhǎng)快剪1.00~1.20需考慮因土體固結(jié)引起的強(qiáng)度增長(zhǎng)；考慮土體的固結(jié)作用，可將計(jì)算得到的安全系數(shù)提高10%§4水對(duì)邊坡穩(wěn)定的的影響二、有水滲流時(shí)時(shí)的土坡穩(wěn)定計(jì)計(jì)算浸潤(rùn)線以下部分分應(yīng)考慮水的浮浮力作用，采用用浮重度，動(dòng)水水D可按下式計(jì)算:三、按有效應(yīng)力力法分析土坡穩(wěn)穩(wěn)定通過對(duì)總應(yīng)力法法的計(jì)算公式進(jìn)進(jìn)行修正，得到到有效應(yīng)力法的的計(jì)算公式：§4水對(duì)邊坡穩(wěn)定的的影響三、有裂隙的土土坡穩(wěn)定不平衡推力傳遞遞法－基本假設(shè)設(shè)和受力分析山區(qū)土坡往往覆覆蓋在起伏變化化的基巖上，土土坡失穩(wěn)多數(shù)沿沿這些界面發(fā)生生，形成折線滑滑動(dòng)面，對(duì)這類類邊坡的穩(wěn)定分分析可采用不平平衡推力傳遞法法。不平衡推力傳遞遞法－基本假設(shè)設(shè)和受力分析基本假定：1.滑坡體不可壓縮縮并作整體下滑滑，不考慮條塊塊間擠壓變形；；2.條塊之間只傳遞遞推力不傳遞拉拉力，不出現(xiàn)條條塊間的拉裂；；3.塊間作用力（即即推力）以集中中力表示，它的的作用線平行于于前一塊的滑面面方向，作用在在分解面的中點(diǎn)點(diǎn)；4.垂直滑坡主軸單單位長(zhǎng)度（一般般為1m）寬的巖土體作作計(jì)算的基本斷斷面，不考慮條條塊兩側(cè)的摩擦擦力。不平衡推力傳遞遞法－計(jì)算公式式推導(dǎo)力平衡莫爾庫侖準(zhǔn)則式中第1項(xiàng)表示本土條的的下滑力，第2項(xiàng)表示土條的抗抗滑力，第3項(xiàng)表示上一土條條傳下來的不平平衡下滑力的影影響，稱稱為傳遞遞系數(shù)。不平衡推力傳遞遞法－計(jì)算步驟驟不平衡推力傳遞遞法計(jì)算時(shí)，先先假設(shè)安全系數(shù)數(shù)為1，然后從坡頂