边坡稳定性计算方法全解

1、边坡稳定性计算,概述计算方法分类平面滑坡的稳定性计算圆弧面滑坡的稳定性计算曲折滑面滑坡的稳定性计算楔形体滑坡的稳定性计算球投影法分析边坡的稳定性崩落及屈曲滑坡的计算数值分析法简介概率分析法简介,返回,煤炭系统规定,边坡稳定性分析概述,边坡岩体可能处于相对静止状态，或者处于极限平衡状态，或者处于运动状态。处于相对静止状态的边坡是稳定的；处于运动状态的边坡岩体称为滑坡体，边坡岩体的运动过程称为滑坡。,事实上，边坡岩体内存在两种不同类型的力：阻止岩体向下滑动的力抗滑力；驱使岩体向下滑动的力滑动力。通过抗滑力与滑动力（或抗滑力矩与滑动力矩）的比较，就可以判断出边坡岩体所处的状态，这就是边坡稳定性分析。,怎样判断边坡岩体所处的状态？,边坡稳定分析的任务有两类：一类是验算已有边坡的稳定性，以便决定是否采取防护措施。如果需要采取防护措施，稳定性计算的结果将作为防护设施设计的依据。另一类是设计合理的边坡参数，使得设计的边坡既安全又经济。目前，边坡稳定分析的结果通常用边坡稳定系数来表示。规范对稳定系数的大小作出了规定。,_,其它部门规定,_,岩土工程勘察规范规定边坡的稳定系数按以下方法取值：新设计的边坡

2、，对安全等级为一级的边坡工程，Fs值宜采用1.301.50；安全等级为二级的边坡工程，Fs值宜采用1.151.30，安全等级为三级的边坡工程，Fs值宜采用1.051.15。当边坡采用峰值抗剪强度参数设计时，Fs取大值，采用残余抗剪强度参数设计时，Fs取小值。验算已有边坡的稳定性，Fs值可采用1.101.25；当需要边坡加荷，增大坡角或开挖坡角时，应按新设计边坡取值。建筑地基基础设计规范规定：滑坡推力安全系数应根据滑坡现状及其对工程的影响等因素确定，对一级建筑物取1.25，二级建筑物取1.15，三级建筑物取1.05。,边坡稳定性计算方法分类,边坡稳定性计算目前多采用二维断面进行分析，三维分析使用还较少。稳定性分析方法可分为三类：,概率分析法,把滑体视为刚体；滑动面因剪切破坏而形成；用块体在斜坡上的平衡原理确定稳定系数。,刚体极限平衡法,数值分析法,包括有限单元法、边界单元法、离散单元法等。根据边坡体内的应力和位移分布确定边坡的稳定性。,用数理统计方法分析边坡的稳定性。,平面滑坡的稳定性计算1,平面滑坡是指边坡上的岩体沿某一倾斜面的滑动。发生平面滑坡的条件是：,滑面走向与边坡走向平行或近于

3、平行(相差20左右)滑面倾角小于边坡角，且滑动面在坡面上有出露滑面倾角大于滑动面的等效摩擦角滑面两侧有裂面，侧向阻力可以忽略,_,平面滑坡的稳定性计算2,平面滑坡稳定性计算有以下几种情况：,边坡内有确定的滑面但没有竖直张裂逢边坡内有确定的滑面及竖直张裂逢边坡内没有确定的滑面，滑面需经分析求得边坡内没有确定位置的竖直张裂逢,_,_,_,_,圆弧面滑坡的稳定性计算,圆弧面滑坡通常出现在均质岩土边坡中，其稳定系数的定义是：,求出Fs的关键问题是确定抗滑力矩和滑动力矩。确定抗滑力矩和滑动力矩的方法很多，这里只介绍两种常用的方法Fellenius条分法和Bishop法。,_,_,Fellenius条分法和Bishop法在求稳定系数时都需要试算滑动面，有没有不需要试算的方法确定滑面？俄国人费先科提出的作图法可以一次求出滑动面。,_,动,圆弧面滑坡的稳定性计算,在进行稳定性计算时，通常将滑体分为若干条块(可以用竖直界面划分，也可以用倾斜界面划分)。,曲折滑面滑坡的稳定性计算,边坡岩体被纵横交错的地质断裂面切割，由这些断裂面形成的滑面，往往不是平面或圆弧等规则形状的，而是具某一曲折形状。,楔形体滑坡的

4、稳定性计算1,发生楔体滑坡的条件：两组结构面与边坡面斜交，结构面的组合交线倾向与边坡倾向相同、倾角小于边坡角，组合交线的边坡面上有出露。,、可以用赤平极射投影获得,_,楔形体滑坡的稳定性计算2,联立求解得：,根据力的平衡条件：,楔形体滑坡的稳定性计算3,如果结构面a、b的面积分别为Sa和Sb，内聚力和内摩擦角分别为Ca 、Cb 、 a 、b ，则楔体的抗滑力为,楔体的稳定系数Fs：,如果Ca = Cb = 0，a =b=，则,将Na 、 Nb 的表达式代入可得,楔形体滑坡的稳定性计算4,如果考虑竖直张裂面、地下水以及锚固力，则楔体的稳定系数可表示为,E. Hoek等人提出了一种确定楔体稳定系数的方法E. Hoek图解法。,_,楔形体滑坡的E. Hoek图解法,E. Hoek法是将边坡面、坡顶面和两个结构面绘制在赤平极射投影图上，4个圆弧有5个交点，分别代表了5条线，各线之间的夹角可在图中测出。,楔形体滑坡的E. Hoek图解法,根据测得的角度，求出楔体的几何形状参数：,楔体的稳定系数为：,如果Ca=Cb=C、a=b=，又没有水的情况下：,球投影法分析边坡的稳定性,用赤平极射投影定量地分

5、析边坡的稳定性的方法称为球投影法。,基本知识摩擦锥摩擦圆广义摩擦锥裂隙组的摩擦圆平面滑坡分析折面滑坡分析楔体滑坡分析,_,_,_,_,_,_,_,崩落及屈曲滑坡的计算,崩落主要出现在坚硬岩石陡边坡中。当岩体被几组结构面切割成陡立柱状、板状、棱块状体之后，在一定条件下，会发生转动或转动兼滑动。这种岩体破坏一般速度快、能量大，统称为崩落。柱状岩体的转动常称为倾倒。,站立在斜坡上的柱体不发生转动的极限平衡条件是该柱体的重力W的作用线不超过柱体的底缘即：,斜面上的块体滑动和倾倒的条件可以用左图表示。同样产状的两组裂隙，由于切割出来的宽高比不同，一个边坡有崩落的危险，另一个可能是安全的。,影响崩落的因素，除了裂隙密度外，还有岩柱基底的强度、坡脚断裂面上的摩擦强度、岩柱间的连接强弱以及震动效应等。崩落的规模不大，但其危害很大（由于其突然性），要注意监测和预防。屈曲变形破坏仅发生在层理或片理发育的岩体中。屈曲变形的影响因素除了岩柱的长度外，还有裂隙的发育程度、断裂面起伏程度、层间连接强弱以及震动效应等。,DEM 主要用于模拟岩石块体的渐进运动过程。假定块体为一个不变形的刚体，各刚体之间采用弹簧连接，

6、弹簧的刚度由一个假定的表面变形系数来决定。这样接触力就以块体间相互嵌入的深度为变形乘以刚度系数得出，从而描述整个刚体系统的运动。近年来DEM在岩石力学中得到了广泛的应用。 DEM允许离散块体有有限的位移和旋转，并包括子块体完全脱离母体的运动，在计算过程中可以自动识别块体之间的新的接触关系。 DEM能够较为准确地预测、模拟块体的运动特征，但它没有考虑应力和应变，因而使用上有很大的局限性。,BEM以定义在边界上的边界积分方程为控制方程，通过对边界分元插值离散，化为代数方程组求解。边界的离散比区域的离散方便得多，可用较简单的单元准确地模拟边界形状，最终得到阶数较低的线性代数方程组。由于它利用微分算子的解析的基本解作为边界积分方程的核函数，而具有解析与数值相结合的特点，通常具有较高的精度；由于BEM所利用的微分算子基本解能自动满足无限远处的条件，因而BEM特别便于处理无限域以及半无限域问题； BEM不适用于解决非均匀介质的问题。,数值分析法简介,数值分析法包括：有限单元法(FEMFinite Element Method)、边界单元法(BEMBoundary Element Method)、离

7、散单元法(DEMDistinct Element Method)等等，常用的软件有：ADINA、UDEC、FLAC等。FEM将连续的求解区域离散为有限个、并按一定方式相互联结在一起的单元的组合体，单元之间通过节点联接在一起。由于单元能按不同的联结方法进行组合，而且单元本身也可以有不同形状，FEM可以模拟任何形状的物体。根据模拟材料的本构关系，可求出每个节点的位移和所有单元的应力。,FEM已有许多商业软件，我们要作的工作就是确定计算范围、给定边界条件，输入岩土物理力学参数，最后对计算结果进行整理分析。对于走向长度远大于高度的边坡，通常按平面问题来分析，范围和边界条件可按下图选取。,有限单元法,FEM通常采用三角形和四边形单元。,概率法是20世纪70年代开始被用于边坡稳定性分析的。极限平衡法、数字分析法等都是把决定边坡稳定性的各种参数(C、E、等)看成确定值，所以稳定系数也是一个确定量。事实上，某些因素具有不确定性(如裂隙的产状、岩土强度参数等)，边坡的稳定性也应该是具有某种分布的随机变量，边坡破坏有一定的发生概率。概率分析法用于分析节理岩体的稳定性时，将岩体的裂隙产状要素等视为随机变量，

8、用数理统计理论确定其分布类型，建立概率密度函数，并求出特征值。,概率分析法简介,节理产状要素统计值的概率分布特点节理倾角的概率分布节理长度的概率分布节理方位的概率分布平面滑动概率分析楔体滑动概率分析,节理的方位用节理面法线在三维空间的单位矢量来表示，或用节理的极点表示。同一组节理的方位通常服从三维正态分布。如前所述，节理的概率圆半径与离散系数K和出现概率P的关系为：,节理的长度的累积频率服从 负指数分布：或韦布尔分布：,同一组内的节理倾角分布服从 正态分布，其概率密度函数为：,平面滑动概率分析,平面滑动时边坡的破坏概率PF 可以看成两个独立事件概率(破坏面的存在概率PE 和沿这些面产生的滑动概率PS ) 的复合概率：,滑面的存在破坏主要取决于结构面的几何条件，即倾角及长度。只有那些倾角不陡于边坡角，且其长度足够使得在该倾角下由坡脚(或坡面)出露到坡顶的结构面，才能构成可能的平面滑面。,平面滑面存在概率也就是滑面的几何概率，它也是两个独立事件概率(倾角概率PD 和长度概率PL ) 的复合概率： 。PDi 和PLi 都可以由相应的概率分布曲线下的面积求得。,平面滑动概率分析,平面滑面存在概率也就是滑面的几何概率，它也是两个独立事件概率(倾角概率PD 和长度概率PL ) 的复合概率： 。PDi 和PLi 都可以由相应的概率分布曲线下的面积求得。,PE 的计算过程：,PS 的计算过程：,根据C, 的分布用Monte Carlo法求一定数量(通常需要400500组)的抽样值，并用公式计算稳定系数，fi 1.0 的次数所占百分比就是第 i 组的滑动概率。,求出 PE 和 PS 后, 就可以得到边坡沿某组结构面滑动的概率：,楔体滑动概率分析,楔体滑动的条件有两个：一是构成楔体的两个结构面的交线的倾角应缓于边坡角；二是这些缓倾角的交线还应有足够的长度，使其在边坡上下均有出露。,

《边坡稳定性计算方法全解》由会员瞄准分享，可在线阅读，更多相关《边坡稳定性计算方法全解》请在金锄头文库上搜索。