土质边坡破坏模式与稳定性计算公式名师优质课获奖市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,土质边坡破坏模式与稳定性计算公,式,主讲人：,ppt,制作与资料汇总：,资料搜集：,第1页,一、土质边坡结构类型,1,二、土质边坡破坏形式及破坏机理,2,三、均质土边坡各种破坏模式,3,四、稳定性影响原因分析,4,五、稳定性分析与计算,5,目,录,CONTENTS,第2页,土质边坡：泛指含有倾斜面土体，依据土体结构可分为三类：,一、土质边坡结构类型,类型,结构特征,稳定性影响原因,均质土边坡,整个坡体由均质土组成，基本不含节理、裂隙、没有贯通性结构面,土体强度和坡形,层状涣散土,由不一样类型涣散土层组成，控制性结构面是沉积层面,土体强度、坡形、沉积层面产状与坡面组合关系,二元结构土,由岩层与上覆土涣散堆积层组成或软硬差异较大上下土层，控制性结构面是岩土分界面和沉积层面,土体强度、坡形,、二元结构层面产状与坡面结合关系,我们当前碰到大部分是,均质土边坡,。依据物质不一样均质土边坡又能够分为,:,普通粘性土边坡、黄土边坡、砂性土边坡、软土边坡和膨胀土边坡。,第3页,1.,整体失稳：崩塌、滑坡、坍塌,二、土质边坡破坏形式及破坏机理,破坏类型,外形特征,运动特征,破坏机理,崩塌,崩塌是发生在高陡边坡体上岩土块体自高处滑出、倾倒或崩坠而下现象。崩落体常翻滚而下堆于缓坡之上和坡脚附近，形成含有一定天然休止角岩土堆。,边坡上局部岩土体松动、脱落，主要运动形式为自由坠落或滚动,弯曲-拉裂、剪切-滑移。存在临空面，当结协力小于重力时，发生滚动或崩落,滑坡,圆弧滑动,滑坡是边坡在重力、水、振动以及坡形改变等原因作用下，增大沿滑带剪应力，或者因震动液化、受水淋滤、自然和人为开挖等破坏滑带岩土结构，造成边坡上岩土体沿滑带作整体或大块向下、向前移动一个变形现象。,沿圆弧形滑动面滑移,剪切-滑移。人工开挖增大坡角，或地表水入渗使内摩擦角和内聚力降低，抵达临界值沿圆弧形滑动面滑移,平面滑动,岩土体沿莫一弱面或朝向坡外结构面整体向下滑移,拉裂、剪切,-,滑移。层面或贯通性结构面形成滑动面，结构面临空，坡脚岩层被切断或坡脚岩层挤压剪切,坍塌,坡体松弛带内岩土因为震动、或侧向卸荷、与坡面加载以及四季中时干时湿等使松弛带内岩土结合密实度在不停改变而塌坡，塌至与其相适应斜率为止,因自重应力超出岩土体强度而产生张剪性破坏，由坡顶向坡内逐步扩展,张拉、剪切、弯折。自重应力和岩土体强度能够维持平衡最深张裂面,第4页,崩塌,滑坡,1.,整体失稳,坍塌,第5页,2.,坡面破坏：坡面侵蚀、剥落,坡面侵蚀,第6页,1,、各种破坏形式形成条件及岩土结构,三、均质土边坡各种破坏模式,形成条件（即出现以下情况应采取方法）,岩土结构,崩塌,土质边坡开挖坡角较陡(大于60)，或下部存在软弱层；坡体上常发育数组陡立或倾向临空面裂面；坡体上竖向节剪发育，且裂缝形状不规则并紊乱成网，破坏体趋向于发展成楔体；边坡面上有泉水出露；边坡处于地震多发带或附近有爆破施工。,土质边坡中黄土边坡有很好直立性，所以开挖坡度往往较陡，土体中本身存在裂隙、空洞，在开挖卸荷后扩大，造成坡体局部易出现崩塌破坏。,滑坡,开挖深度较大或开挖坡度较陡；坡内有倾向临空面软弱层(带)、结构面或层面；开挖边坡面出现上层滞水面、潜水面或有泉出露；有显著滑移剪切面出露；在不良土质地域，如软土、膨胀土；在较恶劣气候下施工，如雨季、寒冬季节。,对于土质边坡来讲，滑坡多产生于3055之间土坡，这类边坡易发生整体滑坡破坏。,坍塌,1、地形条件：坡度普通要大于岩屑休止角,要大于33；坡地相对高度大于50米时,可发生大型崩塌.2、地质条件：软弱面与坡面倾向和倾角关系不一样,斜坡发生崩塌可能性也不一样.3、气候条件：温差较大,降水较多地域易发生崩塌.4、地震,强烈融冰化雪.5、人工开挖边坡.。,坍塌产生于易风化土质边坡和类土质边坡，尤其在膨胀土边坡或处于冻胀作用强烈区边坡，普通发生在坡度大于20时，随坡度增大发生坍塌几率也越大，在暴雨季节，边坡表层岩土强度快速降低，也会促使坍塌破坏发生,我们实际中考虑滑坡破坏性,第7页,2,、土质边坡破坏机理,三、均质土边坡各种破坏模式,边坡失稳破坏主要是因为边坡内所受应力超出岩土体或结构面强度，从而造成边坡结构破坏。边坡变形表现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式。（详细破坏机理见下表。）,第8页,破坏形式,破坏机理,各类土破坏形式,滑坡破坏,土质边坡发生滑坡破坏根本原因在于边坡沿潜在滑动面所受到抗滑力(矩)小于其下滑力(矩)，则边坡将沿潜在滑动面发生滑坡破坏，主要表现为边坡整体剪切滑移。,1、对于粘聚力为零砂性均质土边坡，发生滑坡破坏时，表现为平面滑动，破坏面在截面上为一条经过坡脚直线；对于存在粘聚力粘性均质土边坡，则表现为圆弧面滑动，破坏面在截面上为经过坡脚圆弧,2、黄土边坡坡体破坏形式主要为滑坡和崩塌。滑坡或崩塌形成与边坡原始坡度相关：对于小于50不稳定边坡，其破坏模式主要是滑坡；5170不稳定边坡破坏模式以滑坡为主，并伴有崩塌；当边坡大于70时，基本不发生滑坡，主要破坏模式为崩塌。,3、均质土边坡发生坍塌破坏，主要因为大部分岩土受湿，彼此结合密实度减小，使坡体中综合内摩擦角变小不能支持原边坡坡度而塌坡，上部塌至与当初含水程度及密实度相适应综合内摩擦角为止，下部则是堆积坍下土石其斜坡坡度更缓。,崩塌破坏,土质边坡发生崩塌破坏主要因为开挖引发坡表岩土体向临空面发生位移，并可能在坡项或体内产生顺坡面向裂隙，或其出口为上大下小楔状体楔尖先压碎破坏，上部岩土在失去承托和支顶下失稳。崩塌破坏主要以张拉破坏为主，形式上主要表现为岩土体翻转、滚动、弯波折断，崩塌体翻倒时，在空间方位是随便改变。,坍塌破坏,坡体松弛带内岩土为雨雪水和上层滞水等活动作用所及范围，因为震动、或侧向卸荷、与坡面加载以及四季中时干时湿等使松弛带内岩土结合密实度在不停改变，尤其雨季中或融雪后受湿岩土自重增大、且强度降低，其结合密实度不能支持旱季中斜坡陡度而塌坡，塌至与其相适应斜率(受湿时综合内摩擦角)为止。,第9页,3,、均质土边坡各种破坏模式,三、均质土边坡各种破坏模式,边坡类型,主要特征,影响稳定主要,因 素,可能主要变形模式,粘,性,土,边,坡,以粘粒为主，普通干时坚硬，遇水膨胀崩解。一些粘土具大孔隙性(如山西南部粘土)，一些粘土甚坚固(如南方网纹红土)，一些粘土呈半成岩，但含可溶盐量高(如黄河上游粘土)，一些粘土具水平层理(如淮河下游粘土),1矿物成份，尤其是亲水、膨胀、溶滤性矿物含量；,2节理裂隙发育情况；,3水作用；,4冰融作用,1裂隙性粘土常沿光滑裂隙面形成滑面，含膨胀性亲水矿物粘土易产生滑坡，巨厚层半成岩粘土高边坡因坡脚蠕变可造成高速滑坡；,2因冻融产生剥落；,3坍塌,砂性土,边坡,以砂砾为主，结构较疏松，凝聚力低为其特点，透水性较大，包含厚层全风化花岗岩残积层,1颗粒成份及均匀程度；,2含水情况；,3振动；,4地表水及地下水作用,1,饱和均质砂性土边坡，在振动力作用下，易产生液化滑坡；,2,管涌、流土；,3,坍塌和剥落,黄,土,边,坡,以粉粒为主、质地均一。普通含钙量高，无层理，但柱状节剪发育，天然水含水量低，干时坚固，部分黄土遇水湿陷，有时呈固结状，有时呈多元结构,主要是水作用，因水湿陷，或对边坡浸泡，水下渗使下垫隔水粘土层泥化等,1,崩塌；,2,张裂：,3,湿陷；,4,高或超高边坡可能出现高速滑坡,第10页,三、均质土边坡各种破坏模式,依据上表，能够看出土质边坡影响稳定性原因主要是土体强度和水作用，而产生破坏形式以滑坡为多，崩塌和坍塌是开挖边坡过程中常见（该处应该加上坡高、坡角、坡形影响）,3,、均质土边坡各种破坏模式,第11页,内在原因,指开挖边坡，坡脚附近出现剪应力集中带，坡顶和坡面一些部位可能出现张应力区，可直接引发边坡变形破坏。,岩土成因类型、组成矿物成份、岩土结构和强度，是决定边坡稳定主要原因。,结构类型、结构面形状、与坡面关系是边坡稳定控制原因,。,临空面、坡高、坡度、坡面形状等直接与边坡稳定性相关。,初始应力,岩土体性质,岩土体结构和结构,地形地貌及临空条件,四、稳定性影响原因分析,第12页,时间原因,岩土体流变性质是影响边坡稳定及边坡加固办法一个主要原因,人为原因,边坡不合理设计、开挖或加载，大量施工用水渗透及爆破等都能造成边坡失稳,。,地震,地震作用除了岩土体受到地震加速度作用而增加下滑力外，在地震作用下，岩土中孔隙水压力增加和岩土体强度降低都对边坡稳定不利。,风化作用,风化作用使岩土强度减弱、裂隙增加，影响斜坡形状和坡度,，,水作用,水入渗使岩土体质量增大，岩土因被软化而抗剪强度降低，并使孔,(,裂,),隙水压力升高,四、稳定性影响原因分析,外在原因：,第13页,四、稳定性影响原因分析,A,B,C,岩土强度参数：,粘聚力和内摩擦系数是边坡稳定性敏感原因，稳定系数,K,随粘聚力,C,和内摩擦系数,tan,增大均呈线性增大，改变显著。,结构面强度参数：边坡岩土体中结构面对边坡稳定性影响较大。边坡稳定系数,K,随结构面粘聚力,c,和内摩擦系数,tan,增大均呈对数关系增大，改变较显著。结构面强度与结构面贯通度及面内填充物相关。（不一样土层面间粘聚力和内摩擦角怎么确定）,结构面倾角：结构面存在，降低了土体整体强度，增大了坡体变形性能，加强了土体流变力学特征，加深了岩土体不均匀性、各向异性和非连续性等性质。边坡稳定系数随接触面倾角增大而减小（稳定系数与接触面倾角,tan,值呈线性关系）,1,、内在原因,第14页,四、稳定性影响原因分析,、坡高：边坡稳定性随坡高增加成幂函数减小，在,20m,以下边坡稳定性改变较大，坡高大于,20m,，稳定系数改变趋势趋缓。坡高对边坡稳定性影响较大，属于敏感原因。伴随坡高增大，边坡发生破坏时位移和应变急剧增加，发生突变，由此可将其视为坡体即将发生破坏依据；,、坡度：坡度对边坡稳定性影响最大，边坡稳定系数随坡度增大呈幂函数减小，坡度小于,50,时改变较大，大于,50,改变趋缓。伴随坡度增大，坡体位移与剪应变急剧增加，发生突变，由此可将其视为坡体即将发生破坏判据；,、坡形：边坡开挖时阶梯型边坡比一坡到顶边坡稳定性好，而且台阶越宽、台阶数越多稳定性越好，设计时结合造价和旅工难易程度进行取舍。坡表形态中，微凹型、直线型、微凸型边坡稳定性依次减小。,1,、内在原因,临空条件：,第15页,、水对土体有软化作用，会使土体抗剪强度降低，而且还会对结构面起到润滑作用；,2,外,在,因,素,、在土体结构面中会形成一定地下静水压力，伴随时间推移会促使滑面变形而使土体失稳；,、会产生冻胀现象。所以水文条件也是影响边坡稳定性主要原因。,、增加了土体重度，也就增加了土体下滑力；,、当水发生渗流时会产生动水压力,；,四、稳定性影响原因分析,水文条件：对边坡产生影响水主要是地下水和地表水，其影响情况主要是指：,第16页,2,、外在原因,地 震：地震作用对边坡稳定性不利，主要是因为地震力水平分力，在横波作用下，使边坡岩土体产生向临空面拉力，易造成边坡失稳破坏。另外，地震可能引发砂土液化、地下水位骤变、坡体应力急剧改变、岩土体松动等各种不利原因，所以地震造成边坡失稳情况非常复杂，要做到合理防护，还有待开展更多地震工程研究。地震发震时间、地点及地震震级都是极难准确预测,人为原因：人为原因影响主要考虑施工步骤对边坡稳定性产生影响，主要是坡形,四、稳定性影响原因分析,第17页,1.,直线滑动面法：,涣散砂类土边坡，渗水性强，粘性差，边坡稳定主要靠其内摩擦力。失稳土体滑动面近似直线状态，故直线滑动面法适合用于砂类土：以下列图所表示，验算时，先经过坡脚或变坡点假设一直线滑动面，将边坡斜上方分割出下滑土楔体,ABD,，沿假设滑动面,AD,滑动，其稳定系数,K,按下式计算,(,按边坡纵向单位长度计,),：,五、稳定性分析与计算,第18页,1.,直线滑动面法：,第19页,2,、圆弧滑动面条分法,瑞典圆弧滑动面条分法是将假定滑动面以上土体分成,n,个垂直土条，对作用于各土条上力和力矩平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定安全系数。该法因为忽略土条之间相互作用力影响，所以是条分法中最简单一个方法。首先要确定最危险滑动圆弧形状，即首先要找出最危险滑动圆弧滑动圆心，然后找坡角圆即可画出最危险滑动圆弧。欲找出,K,值最小最危险滑动圆弧，可依据不一样土质采取不一样方法：,第20页,最危险滑动圆弧为坡脚圆，可按下述步骤求最危险滑动圆弧滑动圆心：,a,、依据坡角,查出坡底角,1,和坡顶角,2,b,、在坡底和坡顶分别画出坡底角和坡顶角，两线交点即最危险滑动圆弧滑动圆心。,内摩擦角,=0,高塑性粘土：,坡角,坡底角,1,坡顶角,2,坡角,坡底角,1,坡顶角,2,90,33,40,30,26,36,75,32,40,2634,25,35,60,29,40,15,24,37,45,28,38,1119,25,37,3347,26,35,第21页,1,、,4.5H,法,内摩擦角,0,土,可按,4.5H,法或,36,线法确定,a,、依据上法找出圆心,O,；,b,、经过坡脚,E,垂直向下引一线段,F,，高度为坡高,H,，经过,F,点水平向右量一距离等于,4.5H,，确定,M,点；,c,、在,MO,连线上找若干点做为圆心，画出坡脚圆，计算,K,值最小,O,点也就是最危险滑移面。,第22页,2,、,36,线法,内摩擦角,0,土,a,、考虑上部荷载时，,E,点选在换算土柱顶部,b,、不考虑上部荷载时，,E,点选在边坡顶部,第23页,1,、经过坡脚任意选定一个可能圆弧滑动面,AB,，其半径为,R,。将滑动土体分成若干个垂直土条，其宽度普通为,2 4m,，通常分,8 10,个土条，可结合横断面特征，如分在边坡或地面改变点处，方便简化计算。,2,、计算每个土条土体重,Q,，引至滑动圆,弧,验算面上并分解为：,切向分力,T=Q,i,sin,法向分力,N=Q,i,cos,3,、以圆心,O,点为转动圆心，半径,R,为力臂，计算滑动面上各力对,O,点滑动力矩，但应注意,OY,轴右侧,T,i,为正，左侧为负，所以滑动力矩为,M,滑,=,（,T,i,-,T,i,）,R,第24页,4,、以,O,点为圆心，计算滑动面上各力对,O,点抗滑力矩，,M,抗滑,=,（,N,i,f+,cL,i,）,R,5,、求稳定系数,K,：,K=M,抗滑,/M,滑,=,（,f,Q,i,cos,i,+cL,）,/,（,Q,i,sin,i,Q,i,sin,i,）,式中：,L,滑动圆弧,AB,总长度，,m,c,填料粘聚力，,kPa,f,填料摩擦系数，,f=,tan,，,Q,i,=,b,i,h,i,，,KN,其中：,填料湿容重，,kN/m,3,b,i,各土条宽度，,m,h,i,各土条高度，,m,6,、最小稳定系数,K,min,(1.25,1.5,）认为边坡是稳定。,第25页,第26页,