邊坡穩(wěn)定性分析PPT課件

1、學習本章的目的意義1.掌握各種誘發(fā)土體滑坡的因素掌握各種誘發(fā)土體滑坡的因素;2.進行土體邊坡的穩(wěn)定性分析和安全性評價；進行土體邊坡的穩(wěn)定性分析和安全性評價；3.設計經(jīng)濟、合理的人工邊坡設計經(jīng)濟、合理的人工邊坡;4.制定有效的邊坡整治措施。制定有效的邊坡整治措施。第1頁/共68頁1 概述2 表層滑動的穩(wěn)定分析3 深層滑動的穩(wěn)定分析4 水對邊坡穩(wěn)定的影響第八章 邊坡穩(wěn)定性分析第2頁/共68頁1 1 概述 江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有傾斜面的土體第3頁/共68頁貴州洪家渡 山、嶺、丘、崗、天然坡一. . 土坡第4頁/共68頁 挖方：溝、渠、坑、池一. 土坡第5頁/共68頁一、土坡 填方：堤、壩、

2、路基、堆料小浪底土石壩第6頁/共68頁二. 滑坡什么是滑坡？為什么會滑坡？第7頁/共68頁二. 滑坡 1滑坡的危害： 土、巖體滑坡是重大的自然災害 我國是滑坡災害滑坡災害頻發(fā)的國家第8頁/共68頁二. 滑坡-滑坡的主要形式第9頁/共68頁紫坪鋪水庫2號泄洪洞出口滑坡第10頁/共68頁云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡 第11頁/共68頁江岸崩塌滑坡第12頁/共68頁江西省江新洲洲頭北側(cè)蹋岸第13頁/共68頁三峽庫區(qū)滑坡問題蓄水20012001年，重慶市云陽縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆年，重慶市云陽縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆邊坡失穩(wěn)造成邊坡失穩(wěn)造成7979人死亡。國務院已經(jīng)決定撥款人死亡

3、。國務院已經(jīng)決定撥款4040億元，用于億元，用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災害治理。僅重慶就有三峽庫區(qū)地質(zhì)災害治理。僅重慶就有150150多個治理工程。多個治理工程。第14頁/共68頁19891989年年1 1月月8 8日日 坡高坡高103m 103m 地質(zhì)地質(zhì): :流紋巖中有強風化的密集節(jié)理和一個小型不連續(xù)面。流紋巖中有強風化的密集節(jié)理和一個小型不連續(xù)面。 事故事故: :電站廠房比計劃推遲一年，修復時安裝了大量預應力電站廠房比計劃推遲一年，修復時安裝了大量預應力錨索。錨索。漫灣滑坡漫灣滑坡第15頁/共68頁城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方第16頁/共68頁第17頁/共68頁第18頁/共68頁貴陽沙沖

4、路滑坡貴陽沙沖路滑坡-平面滑動平面滑動第19頁/共68頁 龍羊峽庫岸滑坡龍羊峽庫岸滑坡-平面平面+圓弧滑動圓弧滑動第20頁/共68頁鹽池河邊坡破壞-崩塌第21頁/共68頁20032003年年7 7月月1313日日 三峽庫區(qū)三峽庫區(qū)沙鎮(zhèn)溪沙鎮(zhèn)溪發(fā)生發(fā)生千將坪千將坪滑坡滑坡，致使，致使2424人失蹤。人失蹤。第22頁/共68頁雪山崩塌第23頁/共68頁滑坡各因素滑坡各因素- -實際圖實際圖第24頁/共68頁 泥石泥石( (洪洪) )流流總是與暴雨或山洪相聯(lián)系，是在有足夠外部水流總是與暴雨或山洪相聯(lián)系，是在有足夠外部水流( (或降雨或降雨) )參與下參與下形成的一種高密度形成的一種高密度“流體流體”

5、。 泥石(洪)流第25頁/共68頁坡面泥石流坡面泥石流第26頁/共68頁巖體崩塌過程巖體崩塌過程示意圖示意圖下面是幾個巖土體滑坡過程的模擬圖：下面是幾個巖土體滑坡過程的模擬圖：第27頁/共68頁滑坡過程示意圖滑坡過程示意圖第28頁/共68頁泥石流發(fā)展示意圖第29頁/共68頁二. 滑坡2 2造成滑坡的原因造成滑坡的原因降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤線存在滲透力1）振動：地震、爆破2）土中含水量和水位變化3）水流沖刷：使坡腳變陡4）凍融：凍脹力及融化含水量升高5）人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口原因原因：(1)外界的作用破壞了土體原來的應力平衡狀態(tài)，增大了外界的作用破壞了土體原來的應力

6、平衡狀態(tài)，增大了滑動面上的滑動動力；滑動面上的滑動動力；(2)土體抗剪強度由于受到外界各種因素的影響而降低。土體抗剪強度由于受到外界各種因素的影響而降低。第30頁/共68頁應如何分析、判斷邊坡的穩(wěn)定性？第31頁/共68頁 土體滑坡形態(tài)格式各樣，主要取決于土土體滑坡形態(tài)格式各樣，主要取決于土的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造。的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造。1. 粗粒土坡的滑坡深度淺、形狀接近于平面粗粒土坡的滑坡深度淺、形狀接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土坡滑動面的形狀按塑性理論分析為對數(shù)螺旋坡滑動面的形狀按塑性理論分析為對數(shù)螺旋曲面，在計算中通常以圓弧面代替。

7、曲面，在計算中通常以圓弧面代替。3. 判斷邊坡的穩(wěn)定性，是以計算滑動土體的判斷邊坡的穩(wěn)定性，是以計算滑動土體的抗滑力和滑動力的比值為依據(jù)。比值大于抗滑力和滑動力的比值為依據(jù)。比值大于1為安全，等于為安全，等于1為達到極限狀態(tài)，小于為達到極限狀態(tài)，小于1不安不安全。全。第32頁/共68頁2 表層滑動的穩(wěn)定性分析土坡對象：無粘性土破壞形式：表面淺層滑坡強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無限長坡，坡角為分析一微單元AWTNA第33頁/共68頁一. 無滲流的無限長土坡1）微單元A自重: W=VsinTW2)沿坡滑動力：cosNW3)對坡面壓力： (由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消) cosRNtgWtg4）抗滑力：

8、cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑動力5)抗滑安全系數(shù)： RNWANWTWRN l h第34頁/共68頁無滲流的無限長土坡討論當=時，F(xiàn)s=1.0，天然休止角stgFtg可見安全系數(shù)與土容重無關(guān)與所選的微單元大小無關(guān)。 即坡內(nèi)任一點或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)Fs都相等思考題：干坡與靜水下，若坡中不變，F(xiàn)s有什么變化第35頁/共68頁二.有滲流情況(3) 抗滑力： cosRNtgVtg(2) 滑動力：(sinsin)sinwsatTJVV2有滲流砂土邊坡安全系數(shù)(4) 抗滑安全系數(shù)： tgtgtgJTRFssatsatsincos滲透力平行坡面NWTAWRN l hJRNWJ自重

9、：滲透力：WV sinwwJj ViVV 底面支撐力N，底面抗滑力R(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力第36頁/共68頁二.有沿坡滲流情況 與無滲流比較Fs減小近一倍注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時可能破壞0.5sat3. 討 論 與所選V大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點安全系數(shù)相同 與容重有關(guān)tgtgFssatWTNA l h第37頁/共68頁三三. . 本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)邊坡對象：無粘性土土坡邊坡對象：無粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長坡分析方法：考慮為無限長坡安全系數(shù)：安全系數(shù)：3 . 125. 1 ;tantan值一般取kk第38頁/共6

10、8頁3 深層滑動的穩(wěn)定性分析土層性質(zhì)：粘性土、土質(zhì)均勻強度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：實際滑坡表明，對于粘性、均勻土坡，在平面應變條件下，其滑動面與圓?。▓A柱面）近似。OR第39頁/共68頁一、概述總體說有兩種分析方法：總體說有兩種分析方法：（1 1）整體圓弧滑動法。主要適用于均質(zhì)簡單土坡。）整體圓弧滑動法。主要適用于均質(zhì)簡單土坡。所謂簡單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面水平，所謂簡單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面水平，且土質(zhì)均勻，無地下水。且土質(zhì)均勻，無地下水。（2 2）條分法。條分法對非均質(zhì)土坡、土坡外形復雜、）條分法。條分法對非均質(zhì)土坡、土坡外形復雜、土坡部分在水下情況均適用

11、。土坡部分在水下情況均適用。 彼得森于彼得森于19161916首先提出，采用圓弧滑動面分析土首先提出，采用圓弧滑動面分析土坡穩(wěn)定性。此后費倫紐斯坡穩(wěn)定性。此后費倫紐斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒又和泰勒又做了一些改進。做了一些改進。第40頁/共68頁二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析1. 基本概念基本概念 土坡在自重作用下產(chǎn)生土坡在自重作用下產(chǎn)生如圖的滑動，根據(jù)抗滑如圖的滑動，根據(jù)抗滑動力矩和滑動力矩的平動力矩和滑動力矩的平衡關(guān)系，有土坡穩(wěn)定性衡關(guān)系，有土坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如下：安全系數(shù)如下：圖圖8.7 土體的整體穩(wěn)定分析土體的整體穩(wěn)定分析WaRLMM

12、Kfsf第41頁/共68頁2.2.分析計算方法分析計算方法 均質(zhì)土 二維 圓弧滑動面 滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動 在滑動面上處于極限平衡狀態(tài)1）假設條件：）假設條件：圖圖8.8 土體的整體穩(wěn)定分析土體的整體穩(wěn)定分析二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析第42頁/共68頁2 2）平衡條件（各力對）平衡條件（各力對O O的力矩平的力矩平衡）衡）dWMs(1) 滑動力矩：(3) 安全系數(shù)：當=0（粘土不排水強度）時， (2) 抗滑力矩：fWROBdACRLCRLMufRuCC L為為ACAC弧弧dWRLCdWRLMMFufsRs滑動力矩抗滑力矩二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析第43頁/共68頁討論:(1)當當0時，時，

13、n是是L(x,y)的函數(shù)，無的函數(shù)，無法得到法得到Fs的理論解的理論解(2)其中圓心O及半徑R是任意假設的，還必須計算若干組（O, R）找到最小安全系數(shù) 最可能滑動面(3)適用于飽和粘土第44頁/共68頁三、條分法的基本原理1 1原理原理則，無法求理論解，是 一個邊值問題，應通過數(shù)值計算解決。一個簡化解決方法是將滑動土體分成條條分法。實際是一種離散化計算方法0lntgde整體圓弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函數(shù)，若n不為零AORCsbB-2-1 01234567第45頁/共68頁2 2條分法中的力和求解條件條分法中的力和求解條件W Wi i大小和方向已知；滑動面上的N Ni i 、 T

14、Ti i( (含c ci il li i和N Ni itgtgi i) )大小未知；土條兩側(cè)，E Ei i F Fi i h hi i由前一個土條計算得出, ,E Ei i1 1、F Fi i1 1 、h hi i1 1未知；可見，作用在土條上的作用力有5 5個未知數(shù)，可以建立3 3個平衡方程，故為靜不定問題。（1）未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi第46頁/共68頁(2) 力平衡條件（求解條件）簡化計算方法：1.1.不考慮土條間的作用力，或只考慮其中的一個；2.2.假設條間力的作用方向或規(guī)定E Ei i和F Fi i的比值；3.3.假定條塊間力的作用位置，h hi

15、i已知。第47頁/共68頁四. 簡單條分法（瑞典條分法）1基本假設：基本假設：費倫紐斯假設土條兩側(cè)的合力相等，作用線重合，即土條兩側(cè)的作用力相互抵消。此時土條上的作用力僅有自重和滑動面上的兩個分力。、2計算方法： 計算土條自重iibhW 將土條自重分解將土條自重分解iiiWNcosiiiWTsin第48頁/共68頁四. 簡單條分法（瑞典條分法） 滑動面上土的抗剪強度為：滑動面上土的抗剪強度為：)cos(1)(1iiiiiiiiiiiiiifilctgWllctgNlctg計算滑動力矩和穩(wěn)定力矩計算滑動力矩和穩(wěn)定力矩: iiisRWRTMsinRlctgWRlMiiiiiifif)cos( 計算

16、土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) niiiiniiiiiiisfWRlctgWRMMK11sin)cos(對于均質(zhì)土坡對于均質(zhì)土坡 iicc niiiiniiiiiisfWlcWtgMMK11sin)cos(第49頁/共68頁3. 簡單條分法計算步驟圓心O，半徑R（如圖）分條：b=R/10編號：過圓心垂線為0#條中線列表計算 li Wi i變化圓心O和半徑R(cos)sini iiiisiiClWtgFWFs最小ENDNiiWTiAORCsbB-2-101234567第50頁/共68頁4. 瑞典簡單條分法的討論* 忽略了條間力，所計算安全系數(shù)K值偏??； 假設圓弧滑裂面，使K值偏大；總體

17、結(jié)果是K值偏小。* 越大(條間的抗滑作用力越大)，K值越偏小。* 假設圓弧滑裂面，與實際滑裂面有差別。一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應用中偏于安全* 由于忽略了條塊間的作用力，只滿足力矩平衡，不滿足靜力平衡。第51頁/共68頁四、畢肖普（Bishop）法PiiNiTiHiRiOWPi+1Hi+1bidiPi=Pi-Pi+1iiNiTiHi=Hi-Hi+1W 畢肖普（畢肖普（AWBishop）1955年提出的一種簡化計算方年提出的一種簡化計算方法法 。該方法可以考慮條塊間的作用力。但在考慮整個滑動土體。該方法可以考慮條塊間的作用力。但在考慮整個滑動土體力矩平衡條件時，認為各土條的作用力對圓心

18、力矩之和為零。力矩平衡條件時，認為各土條的作用力對圓心力矩之和為零。第52頁/共68頁1. 原理與特點 假設滑裂面為圓弧 不忽略條間作用力 土條的滑裂面上滿足極限平衡條件 土條在y方向上（豎直）達到靜力平衡 總體對圓心O力矩平衡四、畢肖普（Bishop）法第53頁/共68頁四、畢肖普（Bishop）法2. 推導過程 豎向平衡條件：豎向平衡條件：0cossin1iiiiiiiNTHHWiiiiiiiTHHWNsin)(cos1 若土條的穩(wěn)定安全系數(shù)為若土條的穩(wěn)定安全系數(shù)為 K， 與滑動面上的切向力與滑動面上的切向力相平衡的條件有：相平衡的條件有： fiiT)(1iiiiifiilctgNKlTi

19、iiiiiiiiitgKKlcHHWNsin1cossin)(1iiiiiisfWlctgNMMKsin)(第54頁/共68頁iiiitgKmsin1cos參數(shù) 包含有K，是一超越方程。采用試算的方法。查曲線的方法。iiniiniiiiiiiiiiiiWtgKlctgHHWKsinsin1coscos)(111四、畢肖普（Bishop）法2. 推導過程imniiiiniiiiiiiiWlctgWmK11sincos1簡化簡化01iiHH第55頁/共68頁四、畢肖普（Bishop）法畢肖普曲線畢肖普曲線mi 值曲線值曲線第56頁/共68頁3. 畢肖甫法計算步驟kkk圓心O，半徑R設 K=1.0計

20、算 miYESFs最小END計算K/NoYESNokk第57頁/共68頁四、畢肖普（Bishop）法1. 滿足整體力矩平衡條件；滿足整體力矩平衡條件；2. 滿足各條塊力的多邊形閉合條件，但不滿足條滿足各條塊力的多邊形閉合條件，但不滿足條塊的力矩平衡；塊的力矩平衡；3. 假設條塊間作用力只有法向力沒有切向力；假設條塊間作用力只有法向力沒有切向力；4. 滿足極限平衡條件。滿足極限平衡條件。5. 得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些。得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些。第58頁/共68頁費倫紐斯最危險滑動面圓心的確定方法費倫紐斯最危險滑動面圓心的確定方法五、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析第59頁/共68頁1

21、2土坡坡度土坡坡度（豎直（豎直: :水平）水平）坡角坡角1:0.581:0.586060292940401:11:14545282837371:1.51:1.533334141262635351:21:226263434252535351:31:318182626252535351:41:414140202252537371:51:5111119192525373711及及22的取值的取值 五、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析第60頁/共68頁六. 幾種分析計算方法的總結(jié)方方法法整整體體圓圓弧弧法法簡簡單單條條分分法法畢畢肖肖普普法法普普遍遍條條分分法法（簡簡布布）滑裂面形狀圓弧圓弧圓弧任意假設剛性滑

22、動體滑動面上極限平衡忽略條間力考慮條間力Hi=0（簡布）Pi直線分布 wi，Ni交于條底中點Oi條件軟粘土不排水Pn=0一般均質(zhì)土一般一般均質(zhì)土任意土（分層土）精度Fs偏小 10%Hi=0，誤差20%-70%比較難確定整體力矩各條力矩各條垂直力平衡條件各條水平力第61頁/共68頁七、邊坡穩(wěn)定分析圖解法土坡穩(wěn)定分析工作土坡穩(wěn)定分析工作量很大，許多學者量很大，許多學者整理出坡高整理出坡高H、坡、坡角角、與土的抗剪、與土的抗剪強度指標強度指標c、和和之間的關(guān)系，并繪之間的關(guān)系，并繪制如圖關(guān)系，直接制如圖關(guān)系，直接計算土坡穩(wěn)定性。計算土坡穩(wěn)定性。即知道其中即知道其中4個參個參數(shù)就可以計算剩余數(shù)就可以計算剩余的數(shù)值。的數(shù)值。第62頁/共68頁 4 水對邊坡穩(wěn)定的影響 從本質(zhì)上講，水的浸入將使土的抗剪強度指標降低、從本質(zhì)上講，水的浸入將使土的抗剪強度指標降低、有效應力減小，土體抗滑動能力減小，導致邊坡失穩(wěn)。有效應力減小，土體抗滑動能力減小，導致邊坡失穩(wěn)。 一、土的抗剪強度指標及安全系數(shù)的選用抗剪強度抗剪強度指標指標允許安全允許安全系數(shù)系數(shù)說明說明固結(jié)快剪固結(jié)快剪1.101.10 1.30