土力学第十章课件.ppt

1,第十章,土坡和地基的稳定性,2,10.1 概述 10.2 无黏性土坡的稳定性 10.3 黏性土坡的稳定性 10.4 土坡稳定性的影响因素 10.5 地基的稳定性,第十章 土坡和地基的稳定性,3, 10.1 概述,具有倾斜面的土体称为土坡土坡可分为： 天然土坡：由于地质作用自然形成的土坡 人工土坡：由于人工作用形成的土坡4,土坡：具有倾斜面的土体,1天然土坡, 10.1 概述,江、河、湖、海岸坡,5,1天然土坡,山、岭、丘、岗、天然坡, 10.1 概述,6,2人工土坡, 挖方：沟、渠、坑、池,露天矿, 10.1 概述,7,2人工土坡, 填方：堤、坝、路基、堆料, 10.1 概述,8,堆石坝,2人工土坡, 10.1 概述,9,堤防,2人工土坡, 10.1 概述,10,简单土坡：土坡的顶面和地面均为水平且延伸至 无限远的均质土坡 10.1 概述,11,3、滑坡 Landslides,1）什么是滑坡？,,,,土坡上部分岩体或土体在自然或人为因素的影响下沿某一明显界面发生剪切破坏向坡下运动的现象 一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动, 10.1 概述,12,2）滑坡-滑坡的形式, 10.1 概述,13,,4、为什么会滑坡？,降雨、蓄水、使岩土软 软化，坝背水坡浸润线,存在渗透力,1) 振动：地震、爆破,3) 土中含水量和水位变化,4) 水流冲刷：使坡脚变陡,5) 冻融：冻胀力及融化含水量升高,2) 人工开挖：基坑、船闸、 坝肩、隧洞出入口,,土体中剪应力增加,,,土体抗剪强度降低, 10.1 概述,14,地震引发的滑坡, 10.1 概述,15,暴雨与地震引发泥石流-菲律宾,2006年2月17日菲律宾中东部莱特省因连日暴雨和南部地区里氏2.6级轻微地震，爆发泥石流致近3000人遇难, 10.1 概述,16,云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡开挖, 10.1 概述,17,江岸崩塌滑坡渗流, 10.1 概述,18,如何分析、判断？无粘性土坡-相对简单粘性土坡-复杂,10.1 概述 10.2 无黏性土坡的稳定性 10.3 黏性土坡的稳定性 10.4 土坡稳定性的影响因素 10.5 地基的稳定性,第十章 土坡和地基的稳定性,20,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,,,,, 10.2 无黏性土坡的稳定性,21,微单元A自重: G=V,(由于无限土坡两侧作用力抵消),,,,,沿坡的滑动力:,对坡面的正压力:,抗滑力:,抗滑安全系数：,1、 无渗流的无限长土坡, 10.2 无黏性土坡的稳定性,22,2、无渗流的无限长土坡讨论,当 =时，K=1.0，天然休止角,可见安全系数与土重度无关,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K都相等, 10.2 无黏性土坡的稳定性,23,微单元A自重: G=V,(由于无限土坡两侧作用力抵消),,,,,沿坡的滑动力:,对坡面的正压力:,抗滑力:,抗滑安全系数：,3、有沿坡渗流的无限长土坡, 10.2 无黏性土坡的稳定性,24,4、 有沿坡渗流情况讨论,与无渗流比较K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,与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同,与重度有关,, 10.2 无黏性土坡的稳定性,25,10.1 概述 10.2 无黏性土坡的稳定性 10.3 黏性土坡的稳定性 10.4 土坡稳定性的影响因素 10.5 地基的稳定性,第十章 土坡和地基的稳定性,26,强度参数：粘聚力C，内摩擦角 破坏形式：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 10.3 黏性土坡的稳定性,27,圆弧滑动法由瑞典工程师提出的冰川沉积厚层软粘土, 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,28, 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,黏性土坡滑动面与工程地质条件相关，可能是折线；复合曲面，沿纵向也是曲面。

对于圆弧滑动面可以有三种形式： 1、圆弧过坡脚,图（10-4a） 2、圆弧过坡面,图（10-4b） 3、圆弧过坡脚以外的某点，图（10-4c）,29,1假设条件：,G, 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,30,2. 平衡条件（各力对O的力矩平衡）,(2) 抗滑力矩：,G,(1) 滑动力矩:,(3) 安全系数：, 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,31,) 当0时，n是l(x,y)的函数，无法得到K的理论解,) 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,3. 讨论, 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,32,4. 最危险滑动面的确定（1）,1)匀质粘性土, =0 2)滑动面过坡脚 3)圆心O 由BO和CO的交点确定,BO线和CO线分别由2、1确定,其值查表10-1 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,33,4. 最危险滑动面的确定（2）,1)匀质粘性土, 0 2)滑动面过坡脚 3)圆心O 由BO和CO的交点确定,BO线和CO线分别由2、1确定,其值查表10-1。

4）在EO的延线上作圆心O1、O2，求出相应圆弧的抗滑安全系数K1、K2,找出Kmin，对应的圆心为Om 5）复杂条件下，还需过Om作EO的垂线，进一步找出最小安全系数和最危险的滑弧 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,34,5. 简化的图表法稳定数法,1)已知c、、、，求土坡的极限高度h 2）已知c、、、h，求土坡的极限坡度 或是一定安全系数条件下的坡高或坡度Ns：稳定数, 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,5. 简化的图表法稳定数法,例题10-1： 已知：c=12kPa,=200,=17kN/m3 =450，求土坡的极限高度h 解：由=450查Ns=0.065,35, 10.3.1 整体圆弧滑动法, 10.3 黏性土坡的稳定性,,36,1、一般原理,注: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 ： n是l (x,y)的函数, 10.3.2 瑞典条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,37,第i条土的作用力, 10.3.2 瑞典条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,38,Gi是已知的 作用在土条体底部的力与作用点： Ni Tfi ti 共3n个 作用在条间上的力及作用点： Ei Xi Zi 共3(n-1)个 (两端边界是已知的) 假设总体安全系数为K(且每条K都相等) K 共1个 未知数合计=3n+3(n-1)+1=6n-2,n条土条的未知量数目,,,,,li,,,,hi, 10.3 黏性土坡的稳定性, 10.3.2 瑞典条分法,39,各条： 水平向静力平衡条件： x=0 共n个 垂直向静力平衡条件： z=0 共n个 力矩平衡条件： M0=0 共n个 n个土条底面上满足极限平衡条件：共n个 整体力矩平衡 1个,求解条件共4n1个, 10.3 黏性土坡的稳定性, 10.3.2 瑞典条分法,40,由于未知数为6n-2个 求解条件为4n1个 二者相差(2n-3),因而出现了不同的假设条件，对应不同计算方法 整体圆弧法：n=1, 6n-2=4个未知数，4个方程 简单(瑞典)条分法：Ei=Xi=Zi=0, ti=li/2 共n+1个未知数, n+1个方程 其他方法： 假设力作用点位置、条间力的假设, 10.3 黏性土坡的稳定性, 10.3.2 瑞典条分法,41,基本假设： 滑动面为圆柱面 滑动土体为刚体 不计土条两侧面上的作用力 n+1个未知数，n+1个方程, 10.3 黏性土坡的稳定性, 10.3.2 瑞典条分法,2、瑞典条分法,基本方程和未知数： n+1个未知数 n+1个方程,42, 10.3 黏性土坡的稳定性, 10.3.2 瑞典条分法,当采用有效应力法计算时，采用有效应力强度指标，法向应力中要考虑孔隙水压力影响。

43,假设滑裂面为圆弧 不忽略条间作用力 在每条的滑裂面上满足极限平衡条件 每条上作用力在z方向（竖直）上静力平衡 总体对圆心O力矩平衡,DEi 不出现,注： 未考虑各条水平向作用力及各条力矩平衡条件，实际上条件不够：缺 Xi，共(n-1)个条件 设Xi=0则条件够了简化Bishop法，忽略条间切向力,1、 毕肖普条分法基本假设, 10.3.3 毕肖普条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,44,C,,,,,,,,,O,R,A,i,,,,b,B,,,,,i,,xi,Tfi,Ni,Gi,,,,uli, 10.3.3 毕肖普条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,45,求解条件,平衡条件：2n+1 未知数：6n-2,1）由于法向力平衡 Ei(Ei) 不出现 （n-1）,2）不计各条力矩平衡 ti 及 Zi （2n-1）,3) 假设 Xi=0（不计条间切向力） (n-1),2、毕肖普条分法计算, 10.3.3 毕肖普条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,46,安全系数公式,其中：, 10.3.3 毕肖普条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,47,毕肖甫法计算步骤,圆心O，半径R,设 K=1.0,计算 mi,YES,K最小,END,,,,,,,计算,No,YES,,,,No,,,,K=K,K,K=K-K<,,,48, 10.3.3 毕肖普条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,49,对O点的力矩平衡求Xi 和Ei的关系, 10.3.3 毕肖普条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,50,特点,(1) 任意形式滑裂面，不一定圆弧,(2) 满足各条X、Z静力平衡 满足各条力矩平衡 满足整体力矩平衡, 10.3.5 杨布条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,见图10-13，公式（10-20）-（10-25）,51,步骤,(1) 设：X=0，K=1，得mi，求K； 若K-K,重新计算，直到K-K，此为 K的第一次近似值。

2)将K代入平衡条件，求得Tfi，Ei，Xi，和Xi,(3)用Xi重复步骤1，求得K的第二次近似值K”， 使得” ,注意：某些情况下计算结果可能不收敛, 10.3.5 杨布条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,52,,,安全系数公式,计算比较繁杂,1/mi, 10.3.5 杨布条分法, 10.3 黏性土坡的稳定性,53,见教科书271页, 10.3.7 各种方法的比较, 10.3 黏性土坡的稳定性,几种分析计算方法的总结,55,土体的抗剪强度参数的恰当选取是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要因素 原则: 试验条件尽量符合土体的实际受力和 排水条件 表10-4 安全系数：表10-5, 10.4.1 土坡抗剪强度指标及稳定安全系数的选择, 10.4 土坡稳定性的影响因素,56,,,A,,,,,,,,,Z,,Pw,,h0,,,Z,裂缝产生影响: 1、滑坡长度减少 AA 2、静水压力Pw，滑动力矩增大Pw z, 10.4.2 顶坡开裂时的土坡稳定性, 10.4 土坡稳定性的影响因素,57, 10.4.3 土中水渗流时的土坡稳定性分析,,,,,C,,,,,,,,,,,,,,,O,R,A,i,,,b,B,,,,, 10.4 土坡稳定性的影响因素,58,Kmin1.2, 10.5 地基的稳定性, 10.5.1 基础连同地基一起滑动的稳定性,一般情况下，基础在水平荷载作用下连同地基一起滑动失稳的情形有3种，见图10-17 图10-19（P279）。

Kmin1.3,59,条形基础, 10.5 地基的稳定性, 10.5.2 土坡坡顶建构筑物地基的稳定性,矩形基础,图10-20，P280,。