8土力学2-第八章-土坡稳定分析521.ppt

8.1,概述,8.2,无粘性土坡的稳定分析,8.3,粘性土坡的稳定分析,8.4,土坡稳定分析中几个问题,土坡稳定分析,土力学,2,之第八章,8.1,概述,边坡稳定分析对象：,土石坝、库区边坡，堤坝填筑,土质、岩质边坡,土坡：具有倾斜面的土体,坡肩 坡顶,坡面,坡角,坡趾,坡高,坡底,坡度：,1:m,8.1,概述,天然土坡,江、河、湖、海岸坡,山、岭、丘、岗、天然坡,人工土坡,挖方：沟、渠、坑、池,填方：堤、坝、路基、堆料,8.1,概述,8.1,概述,城市中的滑坡问题（香港，重庆）,填方,挖方,8.1,概述,土坡失稳形态 与当地工程地质条件有关。,8.1,概述,土坡稳定分析目的：检验所设计的土坡断面是否安全合理。土坡稳定安全度用稳定安全系数,K,表示，,K=,f,/,，,即,抗滑力与滑动力,之比。,8.1,概述,本章主要介绍,土坡稳定分析的基本原理,。,土坡稳定分析是一个比较复杂的问题，因为有很多不确定的因素有待研究，如,滑动面形式,、,土抗剪强度参数选取,、土的,非均匀性,及土坡内,渗流,等。,8.2,无粘性土坡的稳定分析,破坏形式：表面浅层滑动,1,）滑动土体,ABC,自重,:,W=,S,ABC,2,）沿坡,滑动力,：,3,）对坡面,法向压力,：,4,）抗滑力：,5,）抗滑安全系数：,砂土内摩擦角为,，、如图。,6,）当,=,时，,安全系数最小,，即此时土坡面上的一层土是最易于滑动的，故无粘性土坡稳定安全系数为：,8.2,无粘性土坡的稳定分析,当,=,时，,F,s,=1.0,，,天然休止角,安全系数与土容重,无关,与所选的微单元大小无关,坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面,上安全系数,F,s,都相等,5,）抗滑安全系数：,8.2,无粘性土坡的稳定分析,有沿坡渗流情况,降雨,正常蓄水土坝下游,水位骤降的土坝上游,逸出段,W,T,N,A,W,R,N,(1),自重：,渗透力：,（方向：平行于土坡）,(2),滑动力：,(3),抗滑力：,(4),抗滑安全系数：,8.2,无粘性土坡的稳定分析,取微单元,A,，以土骨架为隔离体：,l,h,J,J,有沿坡渗流情况,8.2,无粘性土坡的稳定分析,讨论：,W,T,N,A,l,h,J,意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏,与所选,V,大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同,与容重有关,与无渗流比较,F,s,减小近一倍,有沿坡渗流情况,8.3,粘性土坡的稳定分析,破坏特点,由于存在粘聚力,C,，与无粘性土坡不同；,其危险滑裂面位置在土坡深处；,对于,均匀土坡,，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似。,8.3,粘性土坡的稳定分析,1,整体圆弧滑动法（,瑞典,Petterson,）,2,瑞典条分法（,瑞典,Fellenius,）,3,毕肖普法（,Bishop,）,4 Janbu,法,5 Spencer,方法,6 Morgenstern-Price,方法,7,陈祖煜的通用条分法,8,不平衡推力传递法,9 Sarma,方法,计算方法：,8.3,粘性土坡的稳定分析,1,整体圆弧滑动法（,瑞典圆弧法,）,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条件,假设条件,O,R,一、,整体圆弧滑动法,均质简单土坡,O,R,C,B,A,8.3,粘性土坡的稳定分析,平衡条件,（各力对圆心,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：,d,W,一、,整体圆弧滑动法,8.3,粘性土坡的稳定分析,讨论：,O,R,d,C,B,A,W,1,当,0,时，,n,是,l,(,x,y,),的函数，无法得到,F,s,的理论解,2,其中圆心,O,及半径,R,是任意假设的，并不是最危险滑动面，还必须试算若干个滑动面，找到最小安全系数,最危险滑动面,3,适用于饱和软粘土，即,=0,情况,一、,整体圆弧滑动法,费伦纽斯法确定最危险滑动面圆心经验方法,8.3,粘性土坡的稳定分析,1,、,2,可根据坡度或坡角,查表,8-1,。,一、,整体圆弧滑动法,泰勒方法,确定,最危险滑动面圆心,（根据、及硬层埋置深度等因素提出，参见图,8-8,及,8-9,）。,8.3,粘性土坡的稳定分析,一、,整体圆弧滑动法,泰勒图表法（,Tayler,稳定因数法确定,Ks,）,8.3,粘性土坡的稳定分析,土坡稳定性与,、,H,、,、,c,、,等,5,个因素有关，知道其中任意,4,个可求第,5,个。,经过大量计算，可得到,Ns,与,、,的关系曲线，见图,8-10,。,为简化计算，提出一个新参数,Ns,，称为,稳定因数,，即：,一、,整体圆弧滑动法,8.3,粘性土坡的稳定分析,一、,整体圆弧滑动法,泰勒图表法（,Tayler,稳定因数法确定,Ks,）,8.3,粘性土坡的稳定分析,3,泰勒分析方法（,Tayler,稳定数法确定,Ks,）,一、,整体圆弧滑动法,应用,已知,c,H,k,K=,max,/,K=,H,max,/H,K=,c/c,1,（,3,）已知,、,H,、,求,c1,c1,8.3,粘性土坡的稳定分析,3,泰勒分析方法（,Tayler,稳定数法确定,Ks,）,一、,整体圆弧滑动法,应用,K=,c/c,1,解：由法（,3,）知,O,R,d,C,B,A,W,8.3,粘性土坡的稳定分析,条分法的基本原理及分析,源起,整体圆弧法：,n,是,l,(,x,y,),的函数,思路,离散化,分条,条分法,A,O,R,C,i,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,二、瑞典条分法,8.3,粘性土坡的稳定分析,安全系数定义,A,O,R,C,i,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,T,i,N,i,二、瑞典条分法,8.3,粘性土坡的稳定分析,瑞典条分法（费伦纽斯,/,简单条分法）,忽略所有条间作用力：,E,i,、,X,i,=0,E,i,X,i,T,i,N,i,i,h,i,+1,W,i,E,i,+1,X,i,+1,h,i,假定,N,i,、,T,i,作用于条块底面中点,未知数,:,5,方程数,:,3,属于,二次静不定问题,瑞典条分法假定：,圆弧滑裂面；不考虑条间力,二、瑞典条分法,8.3,粘性土坡的稳定分析,径向力平衡：,A,O,R,C,i,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,极限平衡条件：,整体对圆心的力矩平衡：,滑动力矩,=,抗滑力矩,显式,表达,T,i,N,i,i,W,i,二、瑞典条分法,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,l,i,W,i,i,变化圆心,O,和半径,R,Fs,最小,END,T,i,N,i,i,W,i,A,O,R,C,i,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,计,算,步,骤,二、瑞典条分法,8.3,粘性土坡的稳定分析,8.3,粘性土坡的稳定分析,毕肖普（,Bishop,）条分法,（圆弧滑动面）,忽略条间切向力：,X,i,-X,i+1,=0,E,i,X,i,T,i,N,i,i,h,i,+1,W,i,E,i,+1,X,i,+1,h,i,假定：,圆弧滑裂面；忽略条间力切向力,三、,毕肖普,条分法,假定,N,i,、,T,i,作用于条块底面中点,8.3,粘性土坡的稳定分析,E,i,h,i,+1,T,i,N,i,i,W,i,E,i,+1,h,i,A,O,R,C,i,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,F,z,=0,极限平衡条件,方程组求解，得到：,三、,毕肖普,条分法,8.3,粘性土坡的稳定分析,h,i,+1,E,i,T,i,N,i,i,W,i,E,i,+1,h,i,A,O,R,C,i,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,整体力矩平衡：,N,i,过圆心；,P,i,互相抵消,l,i,cos,i,=b,i,隐式,表达,三、,毕肖普,条分法,A,O,R,C,i,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,圆心,O,，半径,R,设,F,s,=1.0,计算,m,q,i,变化圆心,O,和半径,R,F,s,最小,END,计算,No,计,算,步,骤,三、,毕肖普,条分法,8.3,粘性土坡的稳定分析,8.3,粘性土坡的稳定分析,杨布（,Janbu,）法,（非圆弧滑动面）,P,i,H,i,T,i,N,i,i,h,i,+1,W,i,P,i,+1,H,i,+1,h,i,a,b,h,i,推力线,假定：,假定各土条间推力作用点连线为,光滑连续曲线,“推力作用线”,即假定了条块间法向力的作用点位置在土条底面以上,1/3,高度处,四、杨布条分法,考虑条间力，即,E,i,、,E,i+1,、,X,i,、,X,i+1,均不为零。,8.3,粘性土坡的稳定分析,P,i,H,i,T,i,N,i,i,h,i,+1,W,i,P,i,+1,H,i,+1,h,i,极限平衡条件,F,z,=0,F,x,=0,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,P,0,=0,P,n,=0,N,i,T,i,P,i,方程组求解,P,1,=,P,1,P,2,=,P,1,+,P,2,=,P,1,+,P,2,P,j,=,P,i,(,i=,1,j,),P,n,=,P,i,=,0,(,i=,1,n,),与,H,i,有关，但,H,i,可以通过每个土条的力矩平衡由,h,i,得到,需经过多次逼近迭代法求解,K,s,。,四、杨布条分法,8.3,粘性土坡的稳定分析,几种方法总结,方法,整体圆弧法,简单条分法,毕肖普法,简布法,滑裂面形状,圆弧,圆弧,圆弧,任意,假设,刚性滑动体滑动面上极限平衡,忽略全部条简力,忽略条间切向力,条间力作用点位置底部以上,1/3,处,适用性,饱和软粘土，,=0,一般均质土,一般均质土,任意,精度,/,偏小,10%20%,误差,27%,难以确定,平衡条件,整体力矩,各条力矩,各条垂向力,/,各条水平力,8.4,土坡稳定性分析中的几个问题,对粘性土坡，理论上讲,K=1,处于极限平衡态，若设计的,K1,稳定,但实际中土坡稳定影响因素比较多,却失稳了,而有些,K1,的坡却是稳定的。因此除了,分析方法,合理，,强度指标,及,容许安全系数,的选取也很重要。,8.4,土坡稳定性分析中几个问题,开裂深度,h0,可近似按挡土墙后为粘性填土时，在墙顶产生的拉裂缝深度为：,8.4,土坡稳定性分析中几个问题,8.4,土坡稳定性分析中几个问题,按有效应力法分析土坡稳定性,1,瑞典条分法,2,毕肖普条分法,对土坡采用,饱和粘性土,填筑，由于填土或加荷速度较快，土中孔隙水来不及排除，将产生超孔隙水压力，使土的有效应力减小，增加土坡滑动的危险，此时，土坡稳定分析应考虑孔隙水压力的影响，采用,有效应力法,计算,K,。,本章小结,8.1,概述,滑坡,8.2,无粘性土坡的稳定分析,直线型滑面,8.3,粘性土坡的稳定分析,简单均质土坡,整体圆弧滑动法,成层土土 坡,瑞典条分法,Bishop,条分法,Janbu,条分法,8.4,土坡稳定分析中几个问题,强度指标及安全系数选取，有水渗流下及有效应力法分析边坡稳定性,习题：,8-1,（前一问），,8,2,作业,思考题：,8-1,8-11,