边坡稳定性分析.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,10,基坑与边坡工程,学习本章的目的意义,1.,掌握各种诱发土体滑坡的因素,;,2.,进行土体边坡的稳定性分析和安全性评价；,3.,设计经济、合理的人工边坡,;,4.,制定有效的边坡整治措施。,1,概述,2,表层滑动的稳定分析,3,深层滑动的稳定分析,4,水对边坡稳定的影响,第八章 边坡稳定性分析,主要内容,1,概述,1,天然土坡,江、河、湖、海岸坡,一、土坡：具有倾斜面的土体,贵州洪家渡,山、岭、丘、岗、天然坡,1,天然土坡,一,.,土坡,2,人工土坡,挖方：沟、渠、坑、池,露天矿,一,.,土坡,一、土坡2,人工土坡,填方：堤、坝、路基、堆料,小浪底土石坝,二,.,滑坡,什么是滑坡？为什么会滑坡？,一部分土体,在,外因,作用下，,相对,于另一部分土体,滑动,二,.,滑坡,1,滑坡的危害：,土、岩体滑坡是重大的自然灾害,我国是,滑坡灾害,频发的国家,二,.,滑坡,-,滑坡的主要形式,紫坪铺水库,2,号泄洪洞出口滑坡,云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡,江岸崩塌滑坡,江西省江新洲洲头北侧蹋岸,三峡库区滑坡问题蓄水,2001,年，重庆市云阳县就发生了两次大型滑坡，重庆市武隆边坡失稳造成,79,人死亡。国务院已经决定拨款,40,亿元，用于三峡库区地质灾害治理。仅重庆就有,150,多个治理工程。,1989,年,1,月,8,日 坡高,103m,地质,:,流纹岩中有强风化的密集节理和一个小型不连续面。事故,:,电站厂房比计划推迟一年，修复时安装了大量预应力锚索。,漫湾滑坡,城市中的滑坡问题（香港，重庆）,填方,挖方,香港,1900,年建市，,1977,年成立土力工程署,港岛,1972,Po Shan,滑坡(20,000,m,3,)(67,死、20,伤,),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,Early 1972,滑坡前,June 1972,滑坡后,贵阳沙冲路滑坡,-,平面滑动,龙羊峡库岸滑坡,-,平面,+,圆弧滑动,盐池河边坡破坏,-,崩塌,2003,年,7,月,13,日 三峡库区,沙镇溪,发生,千将坪滑坡,，致使,24,人失踪。,雪山崩塌,滑坡各因素,-,实际图,泥石,(,洪,),流,总是与暴雨或山洪相联系，是在有足够外部水流,(,或降雨,),参与下形成的一种高密度,“,流体,”,。,泥石,(,洪,),流,坡面泥石流,岩体崩塌过程,示意图,下面是几个岩土体滑坡过程的模拟图：,滑坡过程示意图,泥石流发展,示意图,二,.,滑坡,2,造成滑坡的原因,降雨、蓄水、使岩土软化，,坝背水坡浸润线,存在渗透力,1,）振动：地震、爆破,2,）土中含水量和水位变化,3,）水流冲刷：使坡脚变陡,4,）冻融：冻胀力及融化含水量升高,5,）人工开挖：基坑、船闸、坝肩隧洞出入口,原因,：,(1),外界的作用破坏了土体原来的应力平衡状态，增大了滑动面上的滑动动力；,(2),土体抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低。,应如何分析、判断边坡的稳定性？,土体滑坡形态格式各样，主要取决于土的性质和工程地质构造。,1.,粗粒土坡的滑坡深度浅、形状接近于平面,;,2.,粘性土滑坡面深度到坡体内，均质粘性土坡滑动面的形状按塑性理论分析为对数螺旋曲面，在计算中通常以圆弧面代替。,3.,判断边坡的稳定性，是以计算滑动土体的抗滑力和滑动力的比值为依据。比值大于,1,为安全，等于,1,为达到极限状态，小于,1,不安全。,2,表层滑动的稳定性分析,土坡对象：无粘性土,破坏形式表面浅层滑坡,强度参数：内摩擦角,考察一无限长坡，坡角为,分析一,微单元,A,W,T,N,a,A,一,.,无渗流的无限长土坡,1,）微单元,A,自重,:,W=,V,2),沿坡滑动力,：,3),对坡面压力,：,(,由于无限土坡两侧作用力抵消,),4,）抗滑力,：,5),抗滑安全系数,：,R,N,W,A,N,W,T,a,W,R,N,l,h,无渗流的无限长土坡,讨论,当,=,时，,F,s,=1.0,，,天然休止角,可见安全系数与土容重,无关,与所选的微单元大小无关。,即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,思考题,：,干坡与静水下，若坡中,不变，,F,s,有什么变化,二,.有渗流情况,(3),抗滑力,：,(2),滑动力,：,2,有渗流砂土边坡安全系数,(4),抗滑安全系数,：,渗透力平行坡面,N,W,T,A,a,W,R,N,l,h,J,R,N,W,J,自重：,渗透力：,底面支撑力,N,，底面抗滑力,R,(1),取微单元,A,的土骨架为隔离体，作用力,二,.,有沿坡渗流情况,与无渗流比较,F,s,减小近一倍,注,：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏,3.,讨 论,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,a,W,T,N,A,l,h,三,.,本节小结,边坡对象：无粘性土土坡,破坏形式：表面浅层滑坡,分析方法：考虑为无限长坡,安全系数：3,深层滑动的稳定性分析,土层性质：粘性土、土质均匀,强度参数：粘聚力,C,，,内摩擦角,破坏形式：实际滑坡表明，对于粘性、均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面与圆弧（圆柱面）近似。,O,R,一、概述,总体说有两种分析方法：,（,1,）整体圆弧滑动法。主要适用于均质简单土坡。所谓简单土坡是指土坡的坡度不变，顶面和地面水平，且土质均匀，无地下水。,（,2,）条分法。条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分在水下情况均适用。,彼得森,(K.E.Petterson),于,1916,首先提出，采用圆弧滑动面分析土坡稳定性。此后费伦纽斯,(W.Fellenius,1927),和泰勒,(D.W.Taylor,1948),又做了一些改进。,二、圆弧滑动面的整体稳定分析,基本概念,土坡在自重作用下产生如图的滑动，根据抗滑动力矩和滑动力矩的平衡关系，有土坡稳定性安全系数如下：,图,8.7,土体的整体稳定分析,2.,分析计算方法,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状态,1,）假设条件：,图,8.8,土体的整体稳定分析,二、圆弧滑动面的整体稳定分析,2,）平衡条件（各力对,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，,(2),抗滑力矩,：,f,W,R,O,B,d,A,C,为,AC,弧,二、圆弧滑动面的整体稳定分析,讨论,:,(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，还必须计算若干组（,O,R,）找到最小安全系数,最可能滑动面,(3),适用于饱和粘土,三、条分法的基本原理,1,原理,则，,无法求理论解，是 一个边值问题，应通过数值计算解决。一个简化解决方法是将滑动土体分成条,条分法,。实际是一种离散化计算方法,整体圆弧法中的抗滑力矩：,n,是,l(x,y),的函数，若,n,不为零,A,O,R,C,s,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,2,条分法中的力和求解条件,W,i,大小和方向已知；,滑动面上的,N,iT,i,(,含,c,i,l,i,和,N,i,tg,i,),大小未知；,土条两侧，,E,i,F,i,h,i,由前一个土条计算得出,E,i,1,、,F,i,1,、,h,i,1,未知；,可见，作用在土条上的作用力有,5,个未知数，可以建立,3,个平衡方程，故为静不定问题。,（,1,）未知量数目：,W,i,h,i,E,i,h,i+1,F,i+1,E,i+1,N,i,T,i,F,i,(2),力平衡条件（求解条件）,简化计算方法：,1.,不考虑土条间的作用力，或只考虑其中的一个；,2.,假设条间力的作用方向或规定,E,i,和,F,i,的比值；,3.,假定条块间力的作用位置，,h,i,已知。,四,.,简单条分法（瑞典条分法）,1,基本假设：,费伦纽斯假设土条两侧的合力相等，作用线重合，即土条两侧的作用力相互抵消。此时土条上的作用力仅有自重和滑动面上的两个分力。,、,2,计算方法：,计算土条自重,将土条自重分解,四,.,简单条分法（瑞典条分法）,滑动面上土的抗剪强度为：,计算滑动力矩和稳定力矩,:,计算土坡的稳定安全系数,对于均质土坡,3.,简单条分法计算步骤,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,A,O,R,C,s,b,B,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,74.,瑞典简单条分法的讨论,忽略了条间力，,所,计算安全系数,K,值,偏小,；,假设圆弧滑裂面，使,K,值,偏大,；总体,结果是,K,值,偏小,。,越大(,条间的抗滑作用力越大,),，,K,值,越偏小,。,假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别,。,一般情况下，,F,s,偏小10%左右工程应用中偏于安全,由于忽略了条块间的作用力，只满足力矩平衡，不满足静力平衡。,四、毕肖,普,（,Bishop,）,法,毕肖普（,A,W,Bishop,）,1955,年提出的一种简化计算方法。该方法可以考虑条块间的作用力。但在考虑整个滑动土体力矩平衡条件时，认为各土条的作用力对圆心力矩之和为零。,1.,原理与特点,假设滑裂面为圆弧,不忽略条间作用力,土条的滑裂面上满足极限平衡条件,土条在,y,方向上（竖直）达到静力平衡,总体对圆心,O,力矩平衡,四、毕肖,普,（,Bishop,）,法,四、毕肖,普,（,Bishop,）,法,2.,推导过程,竖向平衡条件：,若土条的稳定安全系数为,K,，与滑动面上的切向力相平衡的条件有：,参数 包含有,K,，是一超越方程。采用试算的方法。,查曲线的方法。,四、毕肖,普,（,Bishop,）,法,2.,推导过程,简化,四、毕肖,普,（,Bishop,）,法,毕肖普曲线,m,i,值曲线,3.,毕肖甫法计算步骤,圆心,O,，半径,R,设,K=1.0,计算,m,q,i,YES,Fs,最小,END,计算,K,/,No,YES,No,四、毕肖,普,（,Bishop,）,法,4.,小结,满足整体力矩平衡条件；,满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条块的力矩平衡；,假设条块间作用力只有法向力没有切向力；,满足极限平衡条件。,得到的安全系数较瑞典条分法略高一些。,费伦纽斯最危险滑动面圆心的确定方法,五、圆弧滑动面的整体稳定分析,土坡坡度,（竖直,:,水平）,坡角,1:0.58,60,29,40,1:1,45,28,37,1:1.5,3341,26,35,1:2,2634,25,35,1:3,1826,25,35,1:4,1402,25,37,1:5,1119,25,37,1,及,2,的取值,五、圆弧滑动面的整体稳定分析,六,.,几种分析计算方法的总结,七、边坡稳定分析图解法,土坡稳定分析工作量很大，许多学者整理出坡高,H,、坡角,、与土的抗剪强度指标,c,、,和,之间的关系，并绘制如图关系，直接计算土坡稳定性。即知道其中,4,个参数就可以计算剩余的数值。,4,水对边坡稳定的影响,从本质上讲，水的浸入将使土的抗剪强度指标降低、有效应力减小，土体抗滑动能力减小，导致边坡失稳。,一、土的抗剪强度指标及安全系数的选用,抗剪强度,指标,允许安全,系数,说明,固结快剪,1.10,1.30,土坡上超载,q,引起的抗滑力矩可全部采用或部分,采用，视土体在,q,作用下固结程度而定；q,引起,的滑动力矩应全部计入,三轴,不排水剪,1.30,1.50,孔隙水压力采用与计算情况相应的数值,十字板剪,1.10,1.30,需考虑因土体固结引起的强度增长,快剪,1.00,1.20,需考虑因土体固结引起的强度增长；考虑土体,的固结作用，可将计算得到的安全,系数,提高,10%,二、有水渗流时的土坡稳定计算,浸润线以下部分应考虑水的浮力作用，采用浮重度，动水,D,可按下式计算,:,三、按有效应力法分析土坡稳定,通过对总应力法的计算公式进行修正，得到有效应力法的计算公式：,作业,P197,习题,8.2,习题,8.3,考试有关问题,考试类型,填空（,15,分）,选择（,15,分）,名词解释（,12,分）,问答题（,30,分）,计算题（,28,分）,分数分布,第,1,章、第,3,章、第,4,章、第,5,章、第,6,章各约,15,分,第,2,章、第,7,章、第,8,章各约,8,分。,考试时间,21,周星期一晚上,7,时,总分计算,卷面成绩,70,分，平时成绩,20,分，实验课成绩,10,分,