第08章土坡稳定.ppt

Stability analysis of soil slopes1 1 概述概述2 2 表层滑动的稳定分析表层滑动的稳定分析3 3 深层滑动的稳定分析深层滑动的稳定分析4 4 水对土坡稳定的影响水对土坡稳定的影响第八章第八章 土坡稳定性分析土坡稳定性分析主要内容主要内容§8.1￿概述一、土坡：具有倾斜面的土体一、土坡：具有倾斜面的土体￿￿￿￿￿￿坡面坡顶坡底坡高H坡肩坡角α坡脚§8.1￿概述­­1 1．天然土坡．天然土坡•￿￿江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有倾斜面的土体一、土坡：具有倾斜面的土体贵州洪家渡• 山、岭、丘、岗、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡­­1 1．天然土坡．天然土坡一.￿土坡§8.1￿概述­­2 2．人工土坡．人工土坡• 挖方：沟、渠、坑、池挖方：沟、渠、坑、池露露露露天天天天矿矿矿矿一.￿土坡§8.1￿概述­­2 2．人工土坡．人工土坡¤ 填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝一.￿土坡§8.1￿概述二.￿￿滑坡-—滑坡的主要形式§8.1￿概述岩岩体体崩崩塌塌过过程程示示意意图图下面是几个岩土体滑坡过程的模拟图：下面是几个岩土体滑坡过程的模拟图：§8.1￿概述滑滑坡坡过过程程示示意意图图§8.1￿概述泥石流发展示意图§8.1￿概述二.￿滑坡一部分土体一部分土体在在外因外因作用下，作用下，相相对对于另一部分土体于另一部分土体滑动滑动§8.1￿概述­2 2．造成滑坡的原因．造成滑坡的原因二.￿￿滑坡(1)滑动力增大：滑动力增大： 在坡顶堆载、修建建筑物和车辆行驶；雨水或在坡顶堆载、修建建筑物和车辆行驶；雨水或地表水渗人使土的重度增加；坡顶竖向裂缝中的地表水渗人使土的重度增加；坡顶竖向裂缝中的水压力、渗透力和地震力对土坡的作用等。

水压力、渗透力和地震力对土坡的作用等2)抗滑力减小：抗滑力减小： 土的抗剪强度因含水量增加而下降；孔隙水土的抗剪强度因含水量增加而下降；孔隙水压力增大使有效应力和摩擦力减小；坡脚处土体压力增大使有效应力和摩擦力减小；坡脚处土体被冲刷或移走等被冲刷或移走等应如何分析、判断应如何分析、判断边坡的稳定性？边坡的稳定性？假定一滑动面假定一滑动面计算滑坡体的滑动力和抗滑力计算滑坡体的滑动力和抗滑力土坡稳定安全系数土坡稳定安全系数搜索最小安全系数的滑动面搜索最小安全系数的滑动面确定滑动面形状确定滑动面形状§8.1￿概述­3 3．滑动面的形状．滑动面的形状主要取决于土的性质和工程地质构造：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面，在计算中通常以圆弧面代替§8.2￿￿￿表层滑动的稳定性分析土坡对象：无粘性土土坡对象：无粘性土破坏形式：表面浅层滑坡破坏形式：表面浅层滑坡强度参数：内摩擦角强度参数：内摩擦角 考察一无限长坡，坡角为考察一无限长坡，坡角为 分析一分析一微单元微单元A——砂性土的土坡稳定分析1）微单元A自重: W=V2)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： RNWANWTWRN一.￿￿无渗流的无限长土坡当￿￿￿￿K>1时￿￿￿稳定￿￿￿即￿￿φ>α￿￿￿￿￿￿￿K<1时￿￿￿失稳￿￿￿即￿￿φ<α￿￿￿￿￿￿￿K=1￿时￿￿临界状态￿￿即φ=α§￿8.2￿砂性土的土坡稳定分析无渗流的无限长土坡讨论u当当 == 时，时，K=1.0K=1.0，天然休止角u可见安全系数与土容重、坡高无关u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K都相等思考题：干坡与静水下，若坡中 不变，K有什么变化§￿8.2￿砂性土的土坡稳定分析(3) (3) 抗滑力抗滑力：： (2) (2) 滑动力滑动力：：有渗流砂土边坡安全系数有渗流砂土边坡安全系数(4) (4) 抗滑安全系数抗滑安全系数：： 渗透力平行坡面NWTAWRN l l hJRNWJ(1)(1)取微单元取微单元A A的土骨架为隔离体，作用力的土骨架为隔离体，作用力二.有沿坡渗流情况自重：自重：渗透力：渗透力：即地下水沿坡面流动地下水流动方向§￿8.2￿砂性土的土坡稳定分析­注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可 能破坏讨￿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WTNA l l h二.有沿坡渗流情况­与无渗流比较K减小近一倍§￿8.2￿砂性土的土坡稳定分析本节小结本节小结边坡对象：无粘性土土坡边坡对象：无粘性土土坡破坏形式：表面浅层滑坡破坏形式：表面浅层滑坡分析方法：考虑为无限长坡分析方法：考虑为无限长坡安全系数：安全系数：­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。

OR§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿——深层滑动的稳定性分析一、概述条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分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在水下情况均适用彼得森彼得森( (K.E.PettersonK.E.Petterson) )于于19161916首先提出，采用首先提出，采用圆弧滑动面分析土坡稳定性此后费伦纽斯圆弧滑动面分析土坡稳定性此后费伦纽斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒和泰勒(D.W.Taylor,1948)(D.W.Taylor,1948)又做了一些改进又做了一些改进总体说有两种分析方法：总体说有两种分析方法：（（1 1）整体圆弧滑动法）整体圆弧滑动法（（2 2）条分法）条分法主要适用于均质简单土坡所谓简单土坡是指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，且土质均土坡的坡度不变，顶面和地面水平，且土质均匀，无地下水匀，无地下水§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析1、分析计算方法• 均质土均质土• 二维二维• 圆弧滑动面圆弧滑动面• 滑动土体呈刚性转动滑动土体呈刚性转动• 在滑动面上处于极限平衡状态在滑动面上处于极限平衡状态1）假设条件：）假设条件：图图 土体的整体稳定分析土体的整体稳定分析二、圆弧滑动面的整体稳定分析§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析2 2）平衡条件（各力对）平衡条件（各力对O O的力矩平衡）的力矩平衡）(1) (1) 滑动力矩滑动力矩：：(3) (3) 安全系数安全系数：：当当 =0=0（粘土不排水强度）时，（粘土不排水强度）时， (2) (2) 抗滑力矩抗滑力矩：：fWROBaACθθ为为ACAC弧长弧长二、圆弧滑动面的整体稳定分析§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析讨论:(1)当当0时，时， n是是L(x,y)的函数，无法的函数，无法 得到得到K的理论解的理论解(2)其中圆心其中圆心O及半径及半径R是任意假设的，是任意假设的， 还必须计算若干组（还必须计算若干组（O, R））找到最小找到最小 安全系数安全系数 ———最可能滑动面最可能滑动面(3)适用于饱和粘土适用于饱和粘土§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析1．原理一个简化解决方法是将滑动土体分成条—条分条分法法。

整体圆弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函数，若n不为零ORbCA-2-101234567则，则，无法求理论解，是 一个边值问题，应通过数值计算解决实际是一种离散化计算方法三、条分法的基本原理§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析­Wi大小和方向已知；­滑动面上的Ni￿、￿Ti(含c ci il li i和Nitgφi)大小未知；；­土条两侧，Ei￿、￿Fi￿、￿hi由前一个土条计算得出,Ei＋1、￿￿￿￿￿￿Fi＋1￿、hi＋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：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2．条分法中的力和求解条件§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析­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Ei和Fi的比值；­3.假定条块间力的作用位置，hi已知2)￿力平衡条件（求解条件）§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析­1．基本假设：．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：．计算方法：Ø计算土条自重Ø将土条自重分解四. 简单条分法（瑞典条分法）§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析Ø滑动面上土的抗剪强度为：Ø计算滑动力矩和稳定力矩:￿Ø计算土坡的稳定安全系数 •对于均质土坡￿四. 简单条分法（瑞典条分法）§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析* 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，一般情况下，K K偏小偏小10%10%左右工程应用中偏于安全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Ø瑞典简单条分法的讨论§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析 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，但不考虑土条间的竖向切向力，且规定了滑动面上切向力的大小五、毕肖普（Bishop）法为了改进条分法的精度，许多人都认为应该考虑土条间的作用力——超静定问题§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析§￿8.3粘性土土坡稳定分析最危险滑弧位置的确定： 以上是对一个假设滑弧求得的稳定安全以上是对一个假设滑弧求得的稳定安全系数，为找到最危险的滑弧，应假设一系数，为找到最危险的滑弧，应假设一系列滑弧通过试算求得最小安全系数系列滑弧通过试算求得最小安全系数1.费伦纽斯的确定方法§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析土坡坡度（竖直:水平）坡角β1:0.581:0.5860°60°29°29°40°40°1:11:145°45°28°28°37°37°1:1.51:1.533°41′33°41′26°26°35°35°1:21:226°34′26°34′25°25°35°35°1:31:318°26′18°26′25°25°35°35°1:41:414°02′14°02′25°25°37°37°1:51:511°19′11°19′25°25°37°37°β1及β2的取值￿§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析1980年，美国肯塔基州立大学￿￿陈惠发根据大量计算经验指出，最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚各为0.1n*H处，且最危险滑弧中心位于fd线的垂直平分线上。

亦可通过试算法确定2.陈惠发的经验法§￿8.3￿粘性土土坡稳定分析一、土的抗剪强度指标及安全系数的选用§8.￿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 ­土土体体的的抗抗剪剪强强度度参参数数的的恰恰当当选选取取是是影影响响土土坡坡稳稳定定分分析析成成果果可可靠靠性性的的主主要要因因素素原原则则: (1)尽尽可可能能采采用用有有效效应应力力方方法法；；(2) 试试验验条条件件尽尽量量符符合合土体的实际受力和排水条件土体的实际受力和排水条件浸润线以下部分应考虑水的浮力作用，采用浮重度，动水可按下式计算:二、有水渗流时的土坡稳定计算ΔA——浸润线以下部分面积，即动水力作用区域的面积§￿8.￿4￿水对边坡稳定的影响三、按有效应力法分析土坡稳定§￿8.￿4￿水对边坡稳定的影响土的抗剪强度仅与土的有效应力有一￿一对应关系，严格的说，前面的抗剪强度表达式中应采用有效应力表示更符合实际，即：τfi￿=￿Ni'￿*￿tanφ'i+c'iΔLi，其中：￿Ni'￿=￿Ni-u*ΔLi￿￿，u为孔隙水压力，这样，前述的安全系数表达式就变为谢谢！谢谢！。