土力學(xué)7-邊坡穩(wěn)定分析

第7章土坡穩(wěn)定分析

Stabilityanalysisofsoilslopes具有傾斜面的土體坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高第7章土坡穩(wěn)定分析1、概述2、無(wú)粘性土土坡的穩(wěn)定分析3、粘性土土坡整體圓弧滑動(dòng)及條分法4、瑞典條分法5、畢肖普條分法6、非圓弧滑動(dòng)面土坡穩(wěn)定分析7、討論一.土坡：具有傾斜面的土體1．天然土坡

江、河、湖、海岸坡1．天然土坡

山、嶺、丘、崗、天然坡2．人工土坡¤

挖方：溝、渠、坑、池露天礦2．人工土坡¤填方：堤、壩、路基、堆料堆石壩2．人工土坡堤防2．人工土坡二.滑坡

Landslides1.什么是滑坡？

一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)2、為什么會(huì)滑坡？降雨、蓄水、使巖土軟化存在滲透力1)振動(dòng)：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(kāi)挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口1概述邊坡中土體內(nèi)部某個(gè)面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度

地震引發(fā)的滑坡暴雨與地震引發(fā)泥石流-菲律賓2006年2月17日菲律賓中東部萊特省因連日暴雨和南部地區(qū)里氏2.6級(jí)輕微地震，爆發(fā)泥石流致近3000人遇難云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡－開(kāi)挖

江岸崩塌滑坡－滲流三峽庫(kù)區(qū)滑坡問(wèn)題－蓄水造成的滑坡2001年，重慶市云陽(yáng)縣發(fā)生兩次大型滑坡，其中武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國(guó)務(wù)院撥款40億元用于三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理概述城市中的滑坡問(wèn)題（香港，重慶）填方挖方城市中的滑坡問(wèn)題（香港，重慶）1概述PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad香港深灣路滑坡實(shí)景照片2001年重慶武隆山體滑坡造成79人死亡如何分析、判斷？

無(wú)粘性土坡-相對(duì)簡(jiǎn)單

粘性土坡-復(fù)雜第二節(jié)

無(wú)粘性土土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無(wú)限長(zhǎng)坡，坡角為分析一微單元AAWNT一.無(wú)滲流的無(wú)限長(zhǎng)土坡微單元A自重:

W=V沿坡滑動(dòng)力：對(duì)坡面壓力：(由于無(wú)限土坡兩側(cè)作用力抵消)

抗滑力：抗滑安全系數(shù)：2無(wú)粘性土土坡的穩(wěn)定分析WRNAWNT無(wú)滲流的無(wú)限長(zhǎng)土坡討論當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)s=1.0，天然休止角2無(wú)粘性土土坡的穩(wěn)定分析可見(jiàn)安全系數(shù)與土容重?zé)o關(guān)與所選的微單元大小無(wú)關(guān)。即坡內(nèi)任一點(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)Fs都相等思考題在靜水下坡中，如不變，F(xiàn)s有什么變化二.有沿坡滲流情況(3)抗滑力：

(2)滑動(dòng)力：2無(wú)粘性土土坡的穩(wěn)定分析沿坡滲流時(shí)無(wú)限長(zhǎng)砂土坡安全系數(shù)(4)安全系數(shù)：(1)取微單元A的土骨架為隔離體作用力自重：滲透力：底面支撐力N，底面抗滑力RW’RNJAlh

與無(wú)滲流比較Fs減小近一倍注：意味著原來(lái)穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時(shí)可能破壞討論2無(wú)粘性土土坡的穩(wěn)定分析

與所選V大小無(wú)關(guān)，亦即在這種坡中各點(diǎn)安全系數(shù)相同

與容重有關(guān)WRNJ2無(wú)粘性土土坡的穩(wěn)定分析無(wú)粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié)破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無(wú)限長(zhǎng)坡W’RNJAlh第三節(jié)粘性土土坡整體圓弧滑

動(dòng)及條分法強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：危險(xiǎn)滑裂面位置在土坡深處，對(duì)于均勻土坡，其滑動(dòng)面可用一圓?。▓A柱面）近似。OR(一)分析計(jì)算方法1．假設(shè)條件：均質(zhì)土二維圓弧滑動(dòng)面滑動(dòng)土體呈剛性轉(zhuǎn)動(dòng)在滑動(dòng)面上處于極限平衡狀態(tài)ORdW3粘性土坡-整體圓弧法圓弧滑動(dòng)法由瑞典工程師提出的一、整體圓弧法(瑞典圓弧法)2.平衡條件（各力對(duì)O的力矩平衡）(1)滑動(dòng)力矩：(3)安全系數(shù)：當(dāng)=0（粘土不排水強(qiáng)度）時(shí)，注：（其中是未知函數(shù)）(2)抗滑力矩：ORdCBAW3粘性土坡-整體圓弧法1、當(dāng)0時(shí)，n是l(x,y)的函數(shù)，無(wú)法得到Fs的理論解2、其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，還必須計(jì)算若干組（O,R）找到最小安全系數(shù)

———最可能滑動(dòng)面3、適用于飽和粘土（二）、整體圓弧法(瑞典圓弧法)-討論3粘性土坡-整體圓弧法ORdCBAW二、條分法的基本原理及分析源起整體圓弧法：n是l(x,y)的函數(shù)思路離散化分條條分法AORC

ibB-2-1012345673粘性土坡-條分法PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1未知數(shù)：土條底面上的法向反力和切向反力n個(gè)土條間法向作用力大小、作用點(diǎn)（n－1）×2個(gè)土條間切向作用力大小n－1個(gè)安全系數(shù)F，1個(gè)方程數(shù)：靜力平衡＋力矩平衡＝3n4n-2未知數(shù)－方程數(shù)＝n-2hi假設(shè)土條總數(shù)為n3粘性土坡-條分法Ti和Ni在安全系數(shù)Fs與土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的條件下線性相關(guān)未知數(shù):4n-2方程數(shù):3nPiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi1瑞典條分法：不考慮條間力，減少3(n-1）2簡(jiǎn)化畢肖普法：切向條間力為0，減少n－1個(gè)3Janbu法：條間法向作用力的作用點(diǎn)在滑面以上1/3土條高處，減少n－1個(gè)4不平衡推力傳遞法：條間力合力作用方向與上一條土條底面平行，減少n－1個(gè)5Morgenstern-Price方法、陳祖煜的通用條分法、Spencer方法、Sarma方法等3粘性土坡-條分法第四節(jié)瑞典條分法1．基本假設(shè)：滑面為圓弧面；垂直條分；所有土條的側(cè)面上無(wú)作用力；所有土條安全系數(shù)相同。AORCibBidiTiNiWi2.安全系數(shù)計(jì)算

滑動(dòng)面上極限平衡總體對(duì)圓心O的力矩平衡

AORCibBidiTiNiWi滑動(dòng)力矩=抗滑力矩WiTiNii3.

簡(jiǎn)單條分法計(jì)算步驟圓心O，半徑R(如圖)分條：b=R/10編號(hào)：過(guò)圓心垂線為0條中線列表計(jì)算liWii變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCsbB-2-101234567WiTiNii4.成層土和坡頂有超載時(shí)安全系數(shù)的計(jì)算坡頂有超載時(shí)安全系數(shù)的計(jì)算土坡部分浸水，無(wú)滲流，此時(shí)水下土條重量都應(yīng)按飽和容重計(jì)算，同時(shí)還要考慮滑動(dòng)面上的空隙水壓力和作用在土坡坡面上的水壓力考慮滲流的影響，‘代替法’，用浸潤(rùn)線以下坡外水位以上所包圍的同體積水重對(duì)滑動(dòng)圓心的力矩來(lái)代替滲流力對(duì)圓心的滑動(dòng)力矩。R-2-101234567AOCibB地下水浸潤(rùn)線5.有地下水和穩(wěn)定滲流時(shí)安全系數(shù)的計(jì)算靜水條件下安全系數(shù)的計(jì)算如果土坡部分浸水，在靜水條件下周界上的水壓力對(duì)滑動(dòng)土體的影響可用靜水面以下滑動(dòng)土體所受的浮力來(lái)代替。這實(shí)際上相當(dāng)于水下土條重量均按浮重度計(jì)算。其計(jì)算公式與成層土坡完全一樣，只要將坡外水位以下土的重度用浮重度代替即可。安全系數(shù)中Wi

自重計(jì)算h1

天然容重h2分子用浮容重’，分母用飽和容重sath1

下游水位

D等勢(shì)線h2

h3穩(wěn)定滲流條件下安全系數(shù)的計(jì)算代替法h3

浮容重’

浸潤(rùn)線6.考慮地震作用時(shí)安全系數(shù)計(jì)算在地震區(qū)，由于地殼的振動(dòng)而引起動(dòng)力作用，將影響到邊坡的穩(wěn)定性，在分析時(shí)必須予以考慮。根據(jù)規(guī)范推薦的方法，采用擬靜力法。假定在地震時(shí)每一土條重心處作用著一個(gè)水平向的地震慣性力Qi

，對(duì)于設(shè)計(jì)烈度為8，9度的建筑物，則同時(shí)還要加上一個(gè)豎向的地震慣性力Qi’。由于這兩個(gè)慣性力的影響，邊坡的安全系數(shù)將減小。7.瑞典條分法的討論TiNiiWiAORC

ibB-2-101234567(1)一些平衡條件不能滿足未知數(shù):n+1方程數(shù):3n對(duì)0#土條T0N0W0>0AORC

ibB-2-101234567(2)假設(shè)圓弧滑裂面，與實(shí)際滑裂面有差別忽略條間力，使得計(jì)算安全系數(shù)Fs

偏小假設(shè)圓弧滑裂面，使Fs

偏大最終結(jié)果是Fs偏小，

越大Fs

越偏小一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全第五節(jié)畢肖甫(Bishop)法AdiORCibBiTiNiWiPiPi+1Hi+1HiPi=Pi–Pi－1H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fsii基本假設(shè)：

滑弧為圓弧面；垂直條分；所有土條安全系數(shù)相同；考慮土條的側(cè)向受力。一、Bishop－有效應(yīng)力分析CdiORαibBαiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hiuili(1)(2)把(1)代入（2）(3)把（3）代入(1)，得到TiBishop－有效應(yīng)力分析滑動(dòng)土體對(duì)圓心o的力矩平衡假設(shè)切向條間力為零，簡(jiǎn)化后得：CxiORαibBαiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hiuili(4)把Ti代入（4）二、Bishop－總應(yīng)力分析三、

畢肖甫法計(jì)算步驟圓心O，半徑R設(shè)Fs=1.0計(jì)算mqiYESFs最小END計(jì)算NoYESNo無(wú)粘性土坡滑面一般為平面，均質(zhì)粘性土坡滑面一般為圓弧面當(dāng)邊坡中存在明顯的軟弱夾層時(shí)，或在層面傾斜的巖面上填筑土堤、挖方中遇到裂隙比較發(fā)育的巖土體或有老滑坡體等滑坡將在軟弱面上發(fā)生，其破壞面將與圓柱面相差甚遠(yuǎn)。圓弧滑動(dòng)分析的瑞典條分法和Bishop法不再適用Janbu和不平衡推力傳遞法第六節(jié)非圓弧滑動(dòng)面土坡穩(wěn)定分析一、楊布普遍條分法

基本假設(shè)和受力分析：假定土條間合力作用點(diǎn)位置為已知，這樣減少了n-1個(gè)未知量。條間作用點(diǎn)位置對(duì)土坡穩(wěn)定安全系數(shù)影響不大，一般假定其作用于土條底面以上1/3高度處，這些作用點(diǎn)連線稱為推力線。楊布普遍條分法－楊布法計(jì)算公式力平衡對(duì)土條底面中點(diǎn)取力矩平衡安全系數(shù)的定義和莫爾－庫(kù)侖準(zhǔn)則安全系數(shù)邊界條件計(jì)算步驟（1）（2）（3）（4）楊布條分法基本可以滿足所有的靜力平衡條間，所以是“嚴(yán)格”方法之一，但其推力線的假定必符合條間力的合理性要求（即土條間不產(chǎn)生拉力和剪切破壞）。二、不平衡推力傳遞法山區(qū)土坡往往覆蓋在起伏變化的基巖上，土坡失穩(wěn)多數(shù)沿這些界面發(fā)生，形成折線滑動(dòng)面，對(duì)這類邊坡的穩(wěn)定分析可采用不平衡推力傳遞法基本假設(shè)：假定條間力的合力與上一土條底面平行，這樣就確定了條間力的作用方向，減少了n-1個(gè)未知量，然后根據(jù)各分條力的平衡條件，逐條向下推求，直至最后一條土條的作用力為零不平衡推力傳遞法－計(jì)算公式推導(dǎo)力平衡莫爾庫(kù)侖準(zhǔn)則不平衡推力傳遞法－計(jì)算步驟不平衡推力傳遞法計(jì)算時(shí)，先假設(shè)安全系數(shù)為1，然后從坡頂?shù)囊粭l開(kāi)始逐條向下推求Pi，直至求出最后一條的推力Pn，Pn必須為零，否則要重新假定安全系數(shù)，重新計(jì)算。使用不平衡推力法計(jì)算時(shí)，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)可根據(jù)土的性質(zhì)和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，采用試驗(yàn)和滑坡反算相結(jié)合的方法確定分條之間不能承受拉力，所以任何土條的推力如果為負(fù)，則推力不再向下傳遞，而對(duì)下一土條取推力為零。幾種分析