基礎(chǔ)工程邊坡穩(wěn)定分析

Slopestabilityanalysis山西吉縣特大山體滑坡四川丹巴特大泥石流香港山泥傾瀉事件(Landslides)過去50年間，山泥傾瀉導致超越470人死亡。在一九六六年七月和一九七二年六月發(fā)生的兩次暴雨中，分別有86人和148人在兩天的暴雨中因山泥傾瀉而喪生。一九九四年七月的一場暴雨，引致堅尼地城觀龍樓一幅擋土墻倒塌，呵斥五人死亡，三人重傷及二千五百人需求疏散。一九九五年八月，劇烈熱帶風暴海倫引發(fā)連場大雨，使本港廣泛地域出現(xiàn)山泥傾瀉，并呵斥三人喪生。一九九七年是香港截至當年為止歷來最多雨的一年，全年共接獲548宗山泥傾瀉報告，暴雨又導致二人死亡。土坡引見天然土坡人工土坡由于地質(zhì)作用而自然構(gòu)成的土坡在天然土體中開挖或填筑而成的土坡山坡、江河岸坡路基、堤壩坡底坡腳坡角坡頂坡高土坡穩(wěn)定分析問題土坡穩(wěn)定概述(Introduction)土坡失穩(wěn)緣由(Reasons) 滑動力添加–自重(selfweight)、外載 (load)、滲流(seepage) 抗滑力減小–土體抗剪強度(shear strength)降低土坡穩(wěn)定性分析目的(Objectives) 最危險滑動面–臨界滑動面 (Criticalslipsurfaceorfailuresurface) 最小平安系數(shù) (Minimumfactorofsafety)主要內(nèi)容(Contents)無粘性土土坡穩(wěn)定分析粘性土土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問題＊

無粘性土坡穩(wěn)定分析一、普通情況下的無粘性土土坡TT均質(zhì)的無粘性土土坡，在枯燥或完全浸水條件下，土粒間無粘結(jié)力只需位于坡面上的土單元體可以堅持穩(wěn)定，那么整個坡面就是穩(wěn)定的單元體穩(wěn)定T>T土坡整體穩(wěn)定NWWTTN穩(wěn)定條件：T>T砂土的內(nèi)摩擦角抗滑力與滑動力的比值平安系數(shù)土體完全浸潤在水中而無滲流時？二、有滲流作用時的無粘性土土坡分析穩(wěn)定條件：T>T+JWTTNJ順坡出流情況:/sat≈1/2，坡面有順坡滲流作用時，無粘性土土坡穩(wěn)定平安系數(shù)將近降低一半三、例題分析【例】均質(zhì)無粘性土土坡，其飽和重度sat=20.0kN/m3,內(nèi)摩擦角=30°,假設(shè)要求該土坡的穩(wěn)定平安系數(shù)為1.20，在干坡情況下以及坡面有順坡滲流時其坡角應(yīng)為多少度？WTTN干坡或完全浸水情況順坡出流情況滲流作用的土坡穩(wěn)定比無滲流作用的土坡穩(wěn)定，坡角要小得多WTTNJ部分浸水土坡粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土的抗剪強度包括摩擦強度和粘聚強度。粘性土坡不會像無粘性土坡一樣沿坡面外表滑動。粘性土坡的穩(wěn)定分析方法包括：瑞典圓弧滑動法，瑞典條分法，Bishop法，Janbu法，有限元法。一、瑞典圓弧滑動法NfWROBd假定滑動面為圓柱面，截面為圓弧，利用土體極限平衡條件下的受力情況：滑動面上的最大抗滑力矩與滑動力矩之比飽和粘土，不排水剪條件下，u＝0，τf＝cuCA粘性土土坡滑動前，坡頂經(jīng)常出現(xiàn)豎向裂痕CRdBAWfONAz0深度近似采用土壓力臨界深度裂痕的出現(xiàn)將使滑弧長度由AC減小到AC，假設(shè)裂痕中積水，還要思索靜水壓力對土坡穩(wěn)定的不利影響Fs是恣意假定某個滑動面的抗滑平安系數(shù)，實踐要求的是與最危險滑動面相對應(yīng)的最小平安系數(shù)假定假設(shè)干滑動面最小平安系數(shù)最危險滑動面圓心確實定β1β2ROβBA對于均質(zhì)粘性土土坡，其最危險滑動面經(jīng)過坡腳=0圓心位置由β1，β2確定OBβ1β2βAHE2H4.5HFs>0圓心位置在EO的延伸線上坡比坡角β1β21：0.563.4329.5401：14528371：226.5725351：518.432537土層1：土層2：容重均為19KN/m3，滑坡體總面積為46.9m2，計算該滑動面的穩(wěn)定平安系數(shù)。O9.55m3.9m土層1土層2W例題O9.55m3.9m土層1土層2W二、條分法abcdiβiOCRABH對于外形復雜、>0的粘性土土坡，土體分層情況時，要確定滑動土體的分量及其重心位置比較困難，而且抗剪強度的分布不同，普通采用條分法分析各土條對滑弧圓心的抗滑力矩和滑動力矩滑動土體分為假設(shè)干垂直土條土坡穩(wěn)定平安系數(shù)∑abcdiβiOCRABH待定未知量：平衡方程：極限平衡方程：總計未知量為(5n-2)，可建立的方程為4n個，待求未知量與方程數(shù)之差為(n-2).處理途徑〔a〕把土看成變形體，進展應(yīng)力應(yīng)變分析，參與土的本構(gòu)模型〔有限元法〕；〔b〕對條塊間作用力加以簡化，以減少未知量或添加方程數(shù)。簡化類型不思索條塊間的作用力或僅思索其中的一個〔瑞典條分法和簡化Bishop法〕假定條間力的作用方向或規(guī)定Pi和Hi的比值。假定條間力的作用位置，即規(guī)定hi的大小〔Janbu法〕。穩(wěn)定分析方法瑞典條分法畢肖甫法(Bishop法)普遍條分法(Janbu法)邊坡穩(wěn)定分析圖解法有限元法瑞典條分法假定破壞面是一個圓弧面，條塊兩側(cè)的法向作用力大小相等，方向相反，作用在一條直線上；切向作用力可以忽略。極限平衡條件徑向力平衡條件Note：重力產(chǎn)生的滑動力矩抗滑力產(chǎn)生的抗滑力矩由整膂力矩平衡滿足力矩平衡條件，不滿足靜力平衡條件，得到的平安系數(shù)偏低，偏于平安Bishop法(1955)條塊處于靜力平衡條件條塊豎向力的平衡條件：整膂力矩平衡條塊極限平衡條件(1)(2)由〔1〕和〔2〕：Note：unkown簡化Bishop法假設(shè)：采用迭代計算〔如先假定Fs=1.0)簡化Bishop法小結(jié)滿足整膂力矩平衡條件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條件。假設(shè)條塊間的作用力只需法向力沒有切向力滿足極限平衡條件精度較高，工程中常用Janbu法〔普遍條分法〕假定條塊間程度作用力的位置〔分條下三分點位置〕。每個條塊滿足全部靜力平衡條件和極限平衡條件?；瑒油馏w的整膂力矩平衡條件也滿足。適用于任何滑動面。消去Ni，得極限平衡條件例題瑞典條分法Bishop法土坡的穩(wěn)定性相關(guān)要素：抗剪強度目的c和、重度、土坡的尺寸坡角坡高H泰勒〔Taylor,D.W，1937〕用圖表表達影響要素的相互關(guān)系根據(jù)不同的繪出與N的關(guān)系曲線邊坡穩(wěn)定分析圖解法穩(wěn)定數(shù)：泰勒圖表法適宜處理簡單土坡穩(wěn)定分析的問題：①知坡角及土的目的c、、，求穩(wěn)定的坡高H②知坡高H及土的目的c、、，求穩(wěn)定的坡角③知坡角、坡高H及土的目的c、、，求穩(wěn)定平安系數(shù)折線滑動法123為第i計算條塊剩余下滑力向第i+1計算條塊的傳送系數(shù)有限元法把土體看成變形體，計算土坡內(nèi)的應(yīng)力分布，然后再引入圓弧滑動面的概念，驗算滑動土體的整體抗滑穩(wěn)定性。土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問題＊一、挖方邊坡與天然邊坡天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復雜，這些土坡與人工填筑土坡相比，性質(zhì)上所不同。對于正常固結(jié)及超固結(jié)粘土土坡，按上述的穩(wěn)定分析方法，得到平安系數(shù)，比較符合實測結(jié)果。但對于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述一樣的分析方法，會得出不正確的結(jié)果二、關(guān)于瑞典圓弧滑動條分法計算中引入的計算假定：滑動面為圓弧不思索條間力作用平安系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動力矩之比來定義三、土的抗剪強度目的值的選用土的抗剪強度目的值選用應(yīng)合理：目的值過高，有發(fā)生滑坡的能夠目的值過低，沒有充分發(fā)揚土的強度，就工程而言，不經(jīng)濟實踐工程中，應(yīng)結(jié)合邊坡的實踐加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強度目的。假設(shè)能準確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應(yīng)力法比較合理。重要的工程應(yīng)采用有效強度目的進展核算。對于控制土坡穩(wěn)定的各個時期，應(yīng)分別采用不同實驗方法的強度目的四、平安系數(shù)的選用影響平安系數(shù)的要素很多，如抗剪強度目的的選用，計算方法和計算條件的選擇等。工程等級愈高，所需求的平安系數(shù)愈大。目前，對于土坡穩(wěn)定的平安系數(shù)，各個部門有不同的規(guī)定。同一邊坡穩(wěn)定分析，選用不同的實驗方法、不同的穩(wěn)定分析方法，會得到不同的平安系數(shù)。根據(jù)結(jié)果綜合分析平安系數(shù)，得到比較可靠的結(jié)論五、地震邊坡穩(wěn)定分析地震對邊坡穩(wěn)定的影響有兩種作用：一是在邊坡土體上附加作用一個隨時間變化的加速度，因此產(chǎn)生隨時間變化的慣性力，促使邊坡滑動；另一種作用是振動使土體趨于變密，引起孔隙水壓力上升，從而減小土的抗剪強度。對于密實的粘性土，慣性力是主要的作用；對于飽和、松散的無粘性土和低塑性粘土，那么第二種作用的影響更大。Homework