第八章-土坡稳定性分析与计算.ppt

1 1 概述概述2 2 无粘性土土坡的稳定分析无粘性土土坡的稳定分析3 3 粘性土土坡的稳定分析粘性土土坡的稳定分析本章主要内容本章主要内容:第八章第八章 土坡的稳定性土坡的稳定性 坡顶坡面坡角坡趾坡高具有倾斜临空面的土体具有倾斜临空面的土体土坡土坡土质均一，坡度不变，无地下水土质均一，坡度不变，无地下水简单土坡简单土坡坡肩8.1 1 概述概述1 1天然土坡天然土坡 江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡1 1天然土坡天然土坡贵州洪家渡 山、岭、丘、岗、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡2人工土坡人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池挖方：沟、渠、坑、池露露天天矿矿2人工土坡人工土坡 填方：堤、坝、路基、堆料填方：堤、坝、路基、堆料土坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另土坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另一部分土体滑动的现象称滑坡。一部分土体滑动的现象称滑坡。滑坡滑坡滑坡的根本原因滑坡的根本原因:边坡中土体内部某个面上的剪应边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。力达到了它的抗剪强度。滑坡滑坡边坡稳定的因素：边坡稳定的因素：1.土体的类型：土体的类型：c、大，土坡安全；大，土坡安全；2.边坡的几何形状：坡高越高、坡角越大越不安全；边坡的几何形状：坡高越高、坡角越大越不安全；3.荷载：荷载：4.土体中水的影响：土体中水的影响：降雨、蓄水、使岩土软化；水流冲刷使坡脚变陡；降雨、蓄水、使岩土软化；水流冲刷使坡脚变陡；存在渗透力；存在渗透力；5.振动：爆破、地震引起土体抗剪强度减小。振动：爆破、地震引起土体抗剪强度减小。的的因因素素造造成成土土坡坡失失稳稳内在因素：土体自身抗剪强度的降低内在因素：土体自身抗剪强度的降低外在因素：剪应力的增加外在因素：剪应力的增加1996 年发生在美国加州的年发生在美国加州的 La Conchita，因居民已提前撤离，因居民已提前撤离，固未造成人员伤亡固未造成人员伤亡城市中的滑坡问题（香港，重庆）填方挖方1972年香港宝城大厦因滑坡倒塌年香港宝城大厦因滑坡倒塌江岸滑坡江岸滑坡开挖和填筑引起滑坡开挖和填筑引起滑坡TTf均均质质的的无无粘粘性性土土土土坡坡，在在干干燥燥或或完完全全浸浸水水条条件件下下，土土粒粒间无粘结力间无粘结力 只要位于坡面上的土单只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的整个坡面就是稳定的 单元体单元体稳定稳定Tf T土坡整土坡整体稳定体稳定NW8.2 8.2 无粘性土坡的稳定性无粘性土坡的稳定性 边坡上土单元自重为边坡上土单元自重为下滑力下滑力:抗滑力抗滑力安全系数安全系数取取 K=1=1得得（天然休止角）（天然休止角）T所以当坡角小于土的内摩擦角时边坡稳定所以当坡角小于土的内摩擦角时边坡稳定.均质无粘性土坡均质无粘性土坡N为了保证土坡具有为了保证土坡具有足够的安全储备，足够的安全储备，可取可取K=1.3K=1.31.51.5思考：简单无粘性土的边坡稳定性主要取决于思考：简单无粘性土的边坡稳定性主要取决于 (A)(A)坡角坡角 (B)(B)坡高坡高 (C)(C)坡角和坡高坡角和坡高WTTN稳定条件：稳定条件：T(T)砂土的内砂土的内摩擦角摩擦角抗滑力与滑抗滑力与滑动力的比值动力的比值 安全系数安全系数J有渗流情况下的无粘性土土坡稳定（顺坡渗流）有渗流情况下的无粘性土土坡稳定（顺坡渗流）8.3 粘性土土坡的稳定性粘性土土坡的稳定性粘性土颗粒之间存在粘结力，导致土坡整块下滑趋势。粘性土颗粒之间存在粘结力，导致土坡整块下滑趋势。均均质质粘粘性性土土坡坡发发生生滑滑坡坡时时，其其滑滑动动面面形形状状大大多多数数为为一一近近似似于于圆圆弧弧面面的的曲曲面面。为为了了简简化化，在在进进行行理理论论分分析析时时通通常常采采用用圆圆弧弧面计算。面计算。8.3.1 8.3.1 整体圆弧滑动法整体圆弧滑动法 假假定定滑滑动动面面为为圆圆柱柱面面，截截面面为为圆圆弧弧，利利用用土土体体极极限限平平衡衡条条件件下下的的受力情况：受力情况：1.基本原理基本原理滑动圆弧AD的长度 NfWROCaADB对饱和粘土，在不排水剪条件下：对饱和粘土，在不排水剪条件下：2.Fellenius2.Fellenius 确定最危险滑动面圆心的方法确定最危险滑动面圆心的方法对于均质粘性土对于均质粘性土土坡，其最危险土坡，其最危险滑动面通过坡脚滑动面通过坡脚 =0=0 00 1)1)圆心位置在圆心位置在EOEO的延长线上的延长线上2)2)有时不一定在有时不一定在EDED的延长线上，的延长线上，可能在其左右附近可能在其左右附近 确定最危险滑动面圆心位置确定最危险滑动面圆心位置圆心位置由圆心位置由1 1，2 2确定确定(表表8-1)8-1)3.3.稳定数法稳定数法土坡的稳定性相关因素土坡的稳定性相关因素抗剪强度指标抗剪强度指标c c 和和、重度重度、土坡的坡角、土坡的坡角 和坡高和坡高h h泰勒（泰勒（Taylor,D.WTaylor,D.W，19371937）用图表表达影）用图表表达影响因素的相互关系响因素的相互关系 稳定因数稳定因数土坡的临界高土坡的临界高度或极限高度度或极限高度 根据不同的根据不同的 绘出绘出 与与N Ns s的关系曲线的关系曲线,如图如图8-58-5 泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：已知坡角已知坡角 及土的指标及土的指标c c、，求稳定的坡高，求稳定的坡高H H；已知坡高已知坡高H H及土的指标及土的指标c c、，求稳定的坡角，求稳定的坡角。8.3.2 8.3.2 瑞典条分法瑞典条分法efcdiiOCRABH对于非均质土坡或比较复杂对于非均质土坡或比较复杂的土坡的土坡 、0 0的粘性土土坡，的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分布不同，一般采用条分法分析。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 滑动土体滑动土体分为若干分为若干垂直土条垂直土条土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 条分法条分法(一)瑞典条分法的基本原理1、假设圆弧滑动面、假设圆弧滑动面 确定圆心和半径确定圆心和半径OR2、把滑动土体分成若干条（条分法）、把滑动土体分成若干条（条分法）3、取第、取第i条土条进行受力分析条土条进行受力分析WiHiViHi+1Vi+1hi+1hi瑞典条分法瑞典条分法WiHiViHi+1Vi+1静定化条件：假设条块两侧的作用静定化条件：假设条块两侧的作用力合力力合力Si，Si+1 大小相等、方向相大小相等、方向相反且作用于同一直线上反且作用于同一直线上不考虑不考虑条块间的作用力。条块间的作用力。SiSi+11）根据径向力的静力平衡条件）根据径向力的静力平衡条件2）根据滑弧面上满足安全系数）根据滑弧面上满足安全系数Fs 的极的极限平衡条件，有限平衡条件，有得得Wi安全系数安全系数:3 3）考虑整体力矩平衡条件（对圆心力矩）：）考虑整体力矩平衡条件（对圆心力矩）：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计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计算，求最小的安全系数算，求最小的安全系数 ORWi重力产生的滑动力矩为重力产生的滑动力矩为滑动面上抗滑力产生的抗滑力矩滑动面上抗滑力产生的抗滑力矩为为（二）瑞典条分法计算步骤（二）瑞典条分法计算步骤2.2.2.2.以以以以b=R/10b=R/10b=R/10b=R/10为宽度分条为宽度分条为宽度分条为宽度分条3.3.3.3.编号：过圆心垂线为编号：过圆心垂线为编号：过圆心垂线为编号：过圆心垂线为0#0#0#0#条中线，右侧为正，编号递增；条中线，右侧为正，编号递增；条中线，右侧为正，编号递增；条中线，右侧为正，编号递增；左侧为负，编号递减左侧为负，编号递减左侧为负，编号递减左侧为负，编号递减 4.4.4.4.列表计算列表计算列表计算列表计算 l l l li i i i、W W W Wi i i i、i i i i以及安全系数以及安全系数以及安全系数以及安全系数1.1.1.1.初选圆心初选圆心初选圆心初选圆心O O O O和半径和半径和半径和半径R R R R6.6.6.6.算至算至算至算至 F F F Fs s s s 最小结束。最小结束。最小结束。最小结束。5.5.5.5.变化圆心变化圆心变化圆心变化圆心O O O O和半径和半径和半径和半径R R R R，返回，返回，返回，返回1 1 1 1重复步骤重复步骤重复步骤重复步骤1 1 1 14 4 4 4讨论：讨论：2.2.2.2.土成层时：土成层时：土成层时：土成层时：1.1.1.1.土坡中有孔隙水压力作用时：土坡中有孔隙水压力作用时：土坡中有孔隙水压力作用时：土坡中有孔隙水压力作用时：3.3.3.3.土坡坡顶或坡面有超载作用时：土坡坡顶或坡面有超载作用时：土坡坡顶或坡面有超载作用时：土坡坡顶或坡面有超载作用时：（三）（三）瑞典条分法的讨论瑞典条分法的讨论2.2.2.2.忽略了条间力，忽略了条间力，忽略了条间力，忽略了条间力，它只满足滑动土体整体力矩平衡条它只满足滑动土体整体力矩平衡条它只满足滑动土体整体力矩平衡条它只满足滑动土体整体力矩平衡条件而不满足条块的静力平衡条件；件而不满足条块的静力平衡条件；件而不满足条块的静力平衡条件；件而不满足条块的静力平衡条件；-主要特点主要特点主要特点主要特点3.3.3.3.计算得到的安全系数计算得到的安全系数计算得到的安全系数计算得到的安全系数F F F Fs s s s偏小偏小偏小偏小1.1.1.1.假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别;一般情况下，一般情况下，一般情况下，一般情况下，F F F Fs s s s偏小偏小偏小偏小10%10%10%10%左右左右左右左右,工程应用中偏于安全工程应用中偏于安全工程应用中偏于安全工程应用中偏于安全1.基本原理1、假设圆弧滑动面、假设圆弧滑动面 确定圆心和半径确定圆心和半径OR2、把滑动土体分成若干条（条分法）、把滑动土体分成若干条（条分法）3、取第、取第i条土条进行受力分析条土条进行受力分析WiHiViHi+1Vi+1hi+1hi8.3.3 8.3.3 毕肖甫（毕肖甫（BishopBishop）法法毕肖普法毕肖普法WiHiViHi+1Vi+1假设条块处于静力平衡状态假设条块处于静力平衡状态1）根据竖向力的平衡条件）根据竖向力的平衡条件2）根据满足安全系数为）根据满足安全系数为Fs的极限平衡条件的极限平衡条件WiVi=Vi+1-ViHi=Hi+1-Hi将此式代入第一式并整理后得：将此式代入第一式并整理后得：式中式中安全系数安全系数:3 3）考虑整体力矩平衡条件（对圆心力矩）：）考虑整体力矩平衡条件（对圆心力矩）：ORWi重力重力W Wi i 产生的滑动力矩为产生的滑动力矩为滑动面上抗滑力滑动面上抗滑力T Ti i 产生的抗滑力矩为产生的抗滑力矩为HiViHi+1Vi+1代入代入Ni 值，整理简化后得：值，整理简化后得：其中其中设设设设 V V V Vi i i i=0=0=0=0 忽略条间切向力忽略条间切向力忽略条间切向力忽略条间切向力简化简化简化简化BishopBishopBishopBishop公式公式公式公式2.2.毕肖甫法计算步骤毕肖甫法计算步骤1 1 1 1）初选圆心）初选圆心）初选圆心）初选圆心O O O O，半径，半径，半径，半径R R R R2 2 2 2）设）设）设）设F F F Fs s s s=1.0=1.0=1.0=1.0，计算，计算，计算，计算 m m m m i i i i、3 3 3 3）若满足）若满足）若满足）若满足4 4 4 4）若不满足，令）若不满足，令）若不满足，令）若不满足，令 ,重复步骤重复步骤重复步骤重复步骤2 2 2 25 5 5 5）变化圆心）变化圆心）变化圆心）变化圆心O O O O和半径和半径和半径和半径R R R R，返回，返回，返回，返回1 1 1 1重复步骤重复步骤重复步骤重复步骤1 1 1 14 4 4 46 6 6 6）算至）算至）算至）算至FsFsFsFs最小结束最小结束最小结束最小结束则进行步骤则进行步骤则进行步骤则进行步骤5 5 5 5迭代法AORC ibB-2-101234567圆心圆心 O，半径，半径 R设设 Fs=1.0计算计算 m i变化圆心变化圆心 O 和半径和半径 R Fs 最小最小END 计算计算No计计算算程程序序流流程程3.3.简化毕肖普法的特点简化毕肖普法的特点假设滑裂面为圆弧；假设滑裂面为圆弧；假设滑裂面为圆弧；假设滑裂面为圆弧；假假假假 设设设设 条条条条 块块块块 间间间间 作作作作 用用用用 力力力力 只只只只 有有有有 法法法法 向向向向 力力力力 没没没没 有有有有 切切切切 向向向向 力力力力 （V V V Vi i i i=0=0=0=0）；满足整体力矩平衡条件；满足整体力矩平衡条件；满足整体力矩平衡条件；满足整体力矩平衡条件；满满满满足足足足各各各各条条条条块块块块力力力力的的的的多多多多边边边边形形形形闭闭闭闭合合合合条条条条件件件件，但但但但不不不不满满满满足足足足条条条条块块块块的的的的力矩平衡条件；力矩平衡条件；力矩平衡条件；力矩平衡条件；满足滑动面上的极限平衡条件。满足滑动面上的极限平衡条件。满足滑动面上的极限平衡条件。满足滑动面上的极限平衡条件。好好学习天天向上普遍条分法（简布法或杨布法，普遍条分法（简布法或杨布法，N.Janbu）特点：假定条块间水平作用力的位置（前提）。特点：假定条块间水平作用力的位置（前提）。每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件；每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件；滑动土体满足整体力矩平衡条件；适用于任何滑动面滑动土体满足整体力矩平衡条件；适用于任何滑动面而不必规定滑动面是一个圆弧面。而不必规定滑动面是一个圆弧面。折线滑动法折线滑动法不平衡推力传递系数法不平衡推力传递系数法 特点：假定滑动面为折线特点：假定滑动面为折线适用于岩质边坡或下层适用于岩质边坡或下层为岩质边坡，上层为粘性土层的边坡。为岩质边坡，上层为粘性土层的边坡。方法方法整体圆弧法整体圆弧法瑞典条分法瑞典条分法毕肖普法毕肖普法滑裂面形状滑裂面形状圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧假设假设刚性滑动体，滑动面上刚性滑动体，滑动面上极限平衡极限平衡忽略条间力忽略条间力考虑条间力考虑条间力 Xi=0（简布）（简布）计算条件计算条件软粘土不排水软粘土不排水一般均质土一般均质土一般均质土一般均质土误差分析误差分析Fs偏小偏小1020%Xi=0，误差，误差2%7%各种方法的比较各种方法的比较好好学习天天向上土体抗剪强度指标的选用土体抗剪强度指标的选用 有效应力法有效应力法有效强度指标有效强度指标c c、总应力法总应力法总应力法总应力法根据计算阶段中孔隙水压力可能发根据计算阶段中孔隙水压力可能发根据计算阶段中孔隙水压力可能发根据计算阶段中孔隙水压力可能发展的状态，分别采用快剪（不排水剪）或固结快剪展的状态，分别采用快剪（不排水剪）或固结快剪展的状态，分别采用快剪（不排水剪）或固结快剪展的状态，分别采用快剪（不排水剪）或固结快剪（固结不排水剪）等强度指标（固结不排水剪）等强度指标（固结不排水剪）等强度指标（固结不排水剪）等强度指标 原则：使试验的模拟条件尽量符合现场土体的实际原则：使试验的模拟条件尽量符合现场土体的实际原则：使试验的模拟条件尽量符合现场土体的实际原则：使试验的模拟条件尽量符合现场土体的实际受力和排水条件，保证试验指标具有一定的代表性受力和排水条件，保证试验指标具有一定的代表性受力和排水条件，保证试验指标具有一定的代表性受力和排水条件，保证试验指标具有一定的代表性 容许安全系数容许安全系数概述概述表层滑动的边表层滑动的边坡稳定分析坡稳定分析小结小结u简简 布布 法法u毕毕 肖肖 普普 法法u瑞典条分法瑞典条分法u无无 粘粘 性性 土土第八章 边坡稳定 小结基于条分法的边基于条分法的边坡稳定分析坡稳定分析圆弧滑动表层滑动整体圆弧滑动法整体圆弧滑动法u=0 饱和粘土饱和粘土巩固与提高巩固与提高1选择题选择题 1.无粘性土土坡的稳定性无粘性土土坡的稳定性()。a）与密实度无关）与密实度无关 b）与坡高无关）与坡高无关 c）与土的内摩擦角无关）与土的内摩擦角无关 d）与坡角无关）与坡角无关2.无粘性土土坡在自然稳定状态下的极限坡角，称为无粘性土土坡在自然稳定状态下的极限坡角，称为()。a）内摩擦角）内摩擦角 b）地层倾斜角）地层倾斜角 c）自然休止角）自然休止角 d）滑动角）滑动角3.在稳定分析中，如果采用在稳定分析中，如果采用 0分析法，这时土的抗剪强度指分析法，这时土的抗剪强度指标应该采用下列哪种方法测定？标应该采用下列哪种方法测定？()。a）三轴固结不排水试验）三轴固结不排水试验 b）直剪试验慢剪）直剪试验慢剪 c）现场十字板剪切试验）现场十字板剪切试验 d）标准贯入试验）标准贯入试验巩固与提高巩固与提高选择题选择题 4.瑞典条分法在分析时忽略了瑞典条分法在分析时忽略了()。a）土条间的作用力）土条间的作用力 b）土条间的法向作用力）土条间的法向作用力 c）土条间的切向作用力）土条间的切向作用力 5.简化毕肖普公式忽略了简化毕肖普公式忽略了()。a）土条间的作用力）土条间的作用力 b）土条间的法向作用力）土条间的法向作用力 c）土条间的切向作用力）土条间的切向作用力 巩固与提高巩固与提高判断题判断题 1.粘性土坡的稳定性与坡高无关粘性土坡的稳定性与坡高无关()。2.用条分法分析粘性土坡的稳定性时，需假定几个可用条分法分析粘性土坡的稳定性时，需假定几个可能滑动面，这些滑动面均是最危险的滑动面能滑动面，这些滑动面均是最危险的滑动面()。3.稳定数法适用于非均质土坡。（）稳定数法适用于非均质土坡。（）4.毕肖普条分法的计算精度高于瑞典条分法。（）毕肖普条分法的计算精度高于瑞典条分法。（）