動(dòng)力工程地質(zhì)：12 邊坡巖體穩(wěn)定性分析-專題十

1、專題十斜坡巖(土)體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析（3）本專題內(nèi)容研究意義邊坡的應(yīng)力分布特征邊坡的變形與破壞 邊坡變形破壞的基本特征崩塌與滑坡邊坡變形與破壞的平面問題邊坡變形與破壞的空間問題邊坡工程6.4 邊坡變形與破壞的平面問題6.4.1 土坡穩(wěn)定性分析6.4.2 邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟6.4.3 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析 6.4.1 土坡穩(wěn)定性分析一、 無粘性土的土坡穩(wěn)定二、 粘性土土坡整體圓弧滑動(dòng)及條分法 三、 瑞典條分法 四、 畢肖普法五、 非圓弧滑動(dòng)面土坡穩(wěn)定分析六、 討論 一 無粘性土的土坡穩(wěn)定 1.一般情況下的無粘性土土坡穩(wěn)定下滑力單元體下土體提供的支撐力單元體下土體提供的下滑力單元體對(duì)其下土

2、體的壓力單元體下土體可提供的最大抗滑力 2.有滲流情況下的無粘性土土坡穩(wěn)定下滑力單元體下土體提供的支撐力單元體下土體提供的抗滑力單元體對(duì)其下土體的壓力單元體下土體可提供的最大抗滑力順坡出流3. 粘性土土坡整體圓弧滑動(dòng)及條分法 （1）、整體圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定分析穩(wěn)定安全系數(shù)：滑動(dòng)面上平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力 之比。即對(duì)均質(zhì)粘性土土坡，穩(wěn)定安全系數(shù)也可定義為：滑動(dòng)面上最大抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比。即對(duì)o點(diǎn)力矩平衡：穩(wěn)定安全系數(shù)：對(duì)飽和粘土，在不排水條件下：穩(wěn)定系數(shù)：粘性土坡，豎向裂縫，滑弧變短。最危險(xiǎn)滑弧的尋找1、確定可能的圓心范圍；2、對(duì)每個(gè)圓心，選擇不同滑弧半徑，計(jì)算各滑弧穩(wěn)定系數(shù)；3、比較所有穩(wěn)定系

3、數(shù)，選最小值。（2）、條分法及其受力分析 極限平衡分析的條分法：土體為不變形剛體，滑面為連續(xù)面。n-1n3i21biWiZiEiZi+1Ei+1XiXi+1 bi未知量分析：（3)、常用條分法的簡化假設(shè)瑞典條分法：假設(shè)滑動(dòng)面為圓弧面，不考慮條間力，即Ei=Xi=0，減少3n-3個(gè)未知數(shù)。簡化畢肖普條分法：假設(shè)滑動(dòng)面為圓弧面，不考慮切向條間力，即Xi=0，減少n-1個(gè)未知數(shù)。楊布條分法：假設(shè)滑動(dòng)面為任意面，條間法向作用力的作用點(diǎn)在滑面以上1/3土條高度處，減少n-1個(gè)未知數(shù)。其他條分法：假設(shè)滑動(dòng)面為任意面，法向條間力和切向條間力之間為某種函數(shù)關(guān)系，減少n-1個(gè)未知數(shù)。如不平衡推力法、摩根斯袒普賴

4、斯法等。三 瑞典條分法1、基本假定和基本公式基本假定：滑動(dòng)面為連續(xù)的圓弧面，滑動(dòng)體和滑動(dòng)面以下土體為不變形的剛體，不考慮條間力。第i土條上的力和未知數(shù)： （1）、重力：Wi=ribihi； （2）、底面反力：Ni和Ti： hi底面法向靜力平衡: hi底面切向靜力平衡: 能提供的最大抗滑力: 穩(wěn)定系數(shù)的定義: 所有作用力對(duì)滑弧圓心取力矩平衡: 2、成層土和坡頂有超載時(shí) 成層土 坡頂有超載時(shí) 3、有地下水和穩(wěn)定滲流時(shí)土坡部分浸水： 土條底面孔隙水應(yīng)力已知時(shí)，可用有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算：1、流網(wǎng)法土坡中有穩(wěn)定滲流：2、代替法土坡中有穩(wěn)定滲流：代替法：用浸潤線以下，坡外水位以上所包圍的同體積的水重對(duì)滑動(dòng)圓

5、心的力矩來代替滲流力對(duì)圓心的滑動(dòng)力矩的方法。2、代替法土坡中有穩(wěn)定滲流：條分法計(jì)算步驟圓心O，半徑R分條編號(hào)列表計(jì)算 Wi bi i變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCaibBn i 321四 畢肖普法 有效應(yīng)力分析作用力有：土條自重；作用于土條底面的切向抗剪力、有效法向反力、孔隙水壓力；在土條兩側(cè)分別作用有法向力和及切向力。 總應(yīng)力分析畢肖普法計(jì)算步驟圓心O，半徑R設(shè) Fs=1.0計(jì)算 miEND計(jì)算YESNo分條并計(jì)算Wi、bi、i注意事項(xiàng)： (1) 對(duì)于為i負(fù)值的那些土條，要注意會(huì)不會(huì)使mi趨近于零。如果是這樣，簡化畢肖普條分法就不能使用，因?yàn)榇藭r(shí)，Ni會(huì)趨于無限大，這顯然是不合理的

6、。當(dāng)任一土條的mi小于或等于0.2時(shí)，計(jì)算就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，此時(shí)最好采用別的方法。(2)當(dāng)坡頂土條的很大 i時(shí)，會(huì)使該土條出現(xiàn)Ni1 穩(wěn)定 1 不穩(wěn)定在多數(shù)情況下，計(jì)算的穩(wěn)定性系數(shù)都有一定誤差，因此，為保險(xiǎn)起見，引入安全系數(shù)的概念。塊體極限平衡法步驟可能滑動(dòng)巖體幾何邊界條件的分析受力條件分析確定計(jì)算參數(shù)計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)確定安全系數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)一、幾何邊界條件分析幾何邊界條件是指構(gòu)成可能滑動(dòng)巖體的各種邊界面及其組合關(guān)系，包括滑動(dòng)面、切割面和臨空面三種?；瑒?dòng)面是指起滑動(dòng)(即失穩(wěn)巖體沿其滑動(dòng))作用的面，包括潛在破壞面。切割面是指起切割巖體作用的面，由于失穩(wěn)巖體不沿該面滑動(dòng)，因而不起抗滑作用，如平

7、面滑動(dòng)的側(cè)向切割面。臨空面指臨空的自由面，它的存在為滑動(dòng)巖體提供活動(dòng)空間，臨空面常由地面或開挖面組成。幾何邊界條件分析的內(nèi)容是查清巖體中的各類結(jié)構(gòu)面及其組合關(guān)系，確定出可能的滑移面、切割面。幾何邊界條件分析的目的是確定邊坡中可能滑動(dòng)巖體的位置、規(guī)模及形態(tài)，定性地判斷邊坡巖體的破壞類型及主滑方向。幾何邊界條件的分析可通過赤平投影、實(shí)體比例投影等圖解法或三角幾何分析法進(jìn)行。一、幾何邊界條件分析二、受力條件分析在工程使用期間，可能滑動(dòng)巖體或其邊界面上承受的力的類型及大小、方向和合力的作用點(diǎn)統(tǒng)稱為受力條件。邊坡巖體上承受的力常見有：巖體重力、靜水壓力、動(dòng)水壓力、建筑物作用力及震動(dòng)力等等。1.地震作用水

8、平地震作用：FEK=1G2.水壓力：包括滲透靜水壓力和滲透動(dòng)水壓力。靜水壓力水對(duì)巖體的靜壓力，數(shù)值上等于巖體受到的浮力。動(dòng)水壓力與水力梯度有關(guān)，數(shù)值上等于巖體受到的滲流阻力。三、確定計(jì)算參數(shù)從偏安全的角度起見，一般選用的計(jì)算參數(shù)，應(yīng)接近于殘余強(qiáng)度。研究表明：殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度的比值，大多變化在0.60.9之間，因此，在沒有獲得殘余強(qiáng)度的條件下，建議摩擦系數(shù)計(jì)算值在峰值摩擦系數(shù)的6090之間選取，內(nèi)聚力計(jì)算值在峰值內(nèi)聚力的1030之間選取。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)極限狀態(tài)下的反算數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)四、穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)穩(wěn)定性系數(shù)=可供利用的抗滑力/滑動(dòng)力五、確定安全系數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)安全系數(shù)：根據(jù)各種因素

9、規(guī)定的允許的穩(wěn)定性系數(shù)。大小是根據(jù)各種影響因素人為規(guī)定的，必須大于1。影響因素：巖體工程地質(zhì)特征研究的詳細(xì)程度；各種計(jì)算參數(shù)誤差的大??；計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)，是否考慮了全部作用力；計(jì)算過程中各種中間結(jié)果的誤差大小；工程的設(shè)計(jì)年限、重要性以及邊坡破壞后的后果。安全系數(shù)一般=1.051.5 6.4 邊坡巖體穩(wěn)定性計(jì)算一、單平面滑動(dòng)1、僅有重力作用時(shí)滑動(dòng)面上的抗滑力Fs=Gcostgj+CjL 滑動(dòng)力FrGsin穩(wěn)定性系數(shù)滑動(dòng)體極限高度Hcr為當(dāng)Cj=0，j時(shí)，1，Hcr=0忽略滑動(dòng)面上內(nèi)聚力(Cj=0)時(shí)2、有水壓力作用作用于CD上的靜水壓力V作用于AD上的靜水壓力U為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為3、有水壓力作用

10、與地震作用邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)FEK=1G水平地震作用二、同向雙平面滑動(dòng)第一種情況為滑動(dòng)體內(nèi)不存在結(jié)構(gòu)面，視滑動(dòng)體為剛體，采用力平衡圖解法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)第二種情況為滑動(dòng)體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面并將滑動(dòng)體切割成若干塊體的情況，這時(shí)需分塊計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)1.滑動(dòng)體為剛體的情況ABCD為可能滑動(dòng)體，根據(jù)滑動(dòng)面產(chǎn)狀分為、兩個(gè)塊體。F為塊體對(duì)塊體的作用力，F(xiàn)為塊體對(duì)塊體的作用力，F(xiàn)和F大小相等，方向相反，其作用方向的傾角為?；瑒?dòng)面AB以下巖體對(duì)塊體的反力R1(摩阻力) 與AB面法線的夾角為1。2.滑動(dòng)體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面的情況在滑動(dòng)過程中，滑動(dòng)體除沿滑動(dòng)面滑動(dòng)外，被結(jié)構(gòu)面分割開的塊體之間還要產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)。采用分塊極限平衡法和不平衡推力傳遞法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。AB面BC面BD面塊體塊體塊體塊體塊體三、多平面滑動(dòng)邊坡巖體的多平面滑動(dòng)， 分為一般多平面滑動(dòng)和 階梯狀滑動(dòng)兩個(gè)亞類。階梯狀滑動(dòng)，破壞面由多個(gè)實(shí)際滑動(dòng)面和受拉面組成，呈階梯狀，坡穩(wěn)定性的計(jì)算思路與單平面滑動(dòng)相同，即將滑動(dòng)體的自重 (僅考慮重力作用時(shí))分解為垂直滑動(dòng)面的分量和平行滑動(dòng)面的分量。楔形體滑動(dòng)的滑動(dòng)面由兩個(gè)傾向相反、且其交線傾向與坡面傾向相同、傾角小于邊坡角的軟弱結(jié)構(gòu)面組成。四、楔形體滑動(dòng)首先將滑體自重G分解為垂直交線BD的分量N和