人民交通出版社土力學(xué)課件第八章土坡穩(wěn)定

第八章土坡穩(wěn)定分析Stabilityanalysisofsoilslopes2021/10/10星期日11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水對土坡穩(wěn)定的影響第八章土坡穩(wěn)定性分析主要內(nèi)容2021/10/10星期日2§8.1概述一、土坡：具有傾斜面的土體坡面坡頂坡底坡高H坡肩坡角α坡腳2021/10/10星期日3§8.1概述1．天然土坡江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有傾斜面的土體2021/10/10星期日4貴州洪家渡山、嶺、丘、崗、天然坡1．天然土坡一.土坡§8.1概述2021/10/10星期日52．人工土坡挖方：溝、渠、坑、池露天礦一.土坡§8.1概述2021/10/10星期日62．人工土坡¤填方：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩一.土坡§8.1概述2021/10/10星期日7二.滑坡-—滑坡的主要形式§8.1概述2021/10/10星期日8巖體崩塌過程示意圖下面是幾個巖土體滑坡過程的模擬圖：§8.1概述2021/10/10星期日9滑坡過程示意圖§8.1概述2021/10/10星期日10泥石流發(fā)展示意圖§8.1概述2021/10/10星期日11二.滑坡一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動§8.1概述2021/10/10星期日122．造成滑坡的原因二.滑坡(1)滑動力增大：

在坡頂堆載、修建建筑物和車輛行駛；雨水或地表水滲人使土的重度增加；坡頂豎向裂縫中的水壓力、滲透力和地震力對土坡的作用等。(2)抗滑力減?。?/p>

土的抗剪強度因含水量增加而下降；孔隙水壓力增大使有效應(yīng)力和摩擦力減?。黄履_處土體被沖刷或移走等。2021/10/10星期日13應(yīng)如何分析、判斷

邊坡的穩(wěn)定性？假定一滑動面計算滑坡體的滑動力和抗滑力土坡穩(wěn)定安全系數(shù)搜索最小安全系數(shù)的滑動面確定滑動面形狀2021/10/10星期日14§8.1概述3．滑動面的形狀主要取決于土的性質(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;2.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)螺旋曲面，在計算中通常以圓弧面代替。2021/10/10星期日15§8.2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A——砂性土的土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日161）微單元A自重:

W=

V2)沿坡滑動力：3)對坡面壓力：(由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消)

4）抗滑力：5)抗滑安全系數(shù)：RNWANWTaWRN一.無滲流的無限長土坡當(dāng)K>1時穩(wěn)定即φ>αK<1時失穩(wěn)即φ<αK=1時臨界狀態(tài)即φ=α§8.2砂性土的土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日17無滲流的無限長土坡討論當(dāng)

=

時，K=1.0，天然休止角可見安全系數(shù)與土容重、坡高無關(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)K都相等思考題：干坡與靜水下，若坡中

不變，K有什么變化

§8.2砂性土的土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日18(3)抗滑力：

(2)滑動力：有滲流砂土邊坡安全系數(shù)(4)抗滑安全系數(shù)：

滲透力平行坡面NWTAaWRN

lhJRNWJ(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力二.有沿坡滲流情況自重：滲透力：即地下水沿坡面流動地下水流動方向§8.2砂性土的土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日19注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時可能破壞討論

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)aWTNA

lh二.有沿坡滲流情況與無滲流比較K減小近一倍§8.2砂性土的土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日20本節(jié)小結(jié)邊坡對象：無粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長坡安全系數(shù)：2021/10/10星期日21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(yīng)變條件下，其滑動面與圓弧（圓柱面）近似。OR§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析——深層滑動的穩(wěn)定性分析2021/10/10星期日22一、概述條分法對非均質(zhì)土坡、土坡外形復(fù)雜、土坡部分在水下情況均適用。彼得森(K.E.Petterson)于1916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(W.Fellenius,1927)和泰勒(D.W.Taylor,1948)又做了一些改進(jìn)?？傮w說有兩種分析方法：（1）整體圓弧滑動法（2）條分法主要適用于均質(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，且土質(zhì)均勻，無地下水?！?.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日231、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(shè)條件：圖土體的整體穩(wěn)定分析二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日242）平衡條件（各力對O的力矩平衡）(1)滑動力矩：(3)安全系數(shù)：當(dāng)

=0（粘土不排水強度）時，(2)抗滑力矩：fWROBaACθ為AC弧長二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日25討論:(1)當(dāng)

0時，

n是L(x,y)的函數(shù)，無法得到K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§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日261．原理一個簡化解決方法是將滑動土體分成條—條分法。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ORbCA-2-101234567則，無法求理論解，是一個邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計算解決。實際是一種離散化計算方法。三、條分法的基本原理§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日27Wi大小和方向已知；滑動面上的Ni、

Ti(含cili和Nitgφi)大小未知；土條兩側(cè)，Ei、

Fi、

hi由前一個土條計算得出,Ei＋1、Fi＋1、hi＋1未知；可見，作用在土條上的作用力有5個未知數(shù)，可以建立3個平衡方程，故為靜不定問題。（1）未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2．條分法中的力和求解條件§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日28簡化計算方法：1.不考慮土條間的作用力，或只考慮其中的一個；2.假設(shè)條間力的作用方向或規(guī)定Ei和Fi的比值；3.假定條塊間力的作用位置，hi已知。(2)力平衡條件（求解條件）§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日291．基本假設(shè)：費倫紐斯假設(shè)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

將土條自重分解四.簡單條分法（瑞典條分法）§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日30滑動面上土的抗剪強度為：計算滑動力矩和穩(wěn)定力矩:計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)

對于均質(zhì)土坡四.簡單條分法（瑞典條分法）§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日31

忽略了條間力，所計算安全系數(shù)K值偏?。?/p>

假設(shè)圓弧滑裂面，使K值偏大；總體結(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(shè)圓弧滑裂面，與實際滑裂面有差別。一般情況下，K偏小10%左右工程應(yīng)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。瑞典簡單條分法的討論§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日32

畢肖普（A.W.Bishop）1955年提出的一種簡化計算方法。該方法可以考慮條塊間的作用力，但不考慮土條間的豎向切向力，且規(guī)定了滑動面上切向力的大小。五、畢肖普（Bishop）法為了改進(jìn)條分法的精度，許多人都認(rèn)為應(yīng)該考慮土條間的作用力——超靜定問題。§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日33§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析最危險滑弧位置的確定：以上是對一個假設(shè)滑弧求得的穩(wěn)定安全系數(shù)，為找到最危險的滑弧，應(yīng)假設(shè)一系列滑弧通過試算求得最小安全系數(shù)2021/10/10星期日341.費倫紐斯的確定方法§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日35土坡坡度（豎直:水平）坡角β1:0.5860°29°40°1:145°28°37°1:1.533°41′26°35°1:226°34′25°35°1:318°26′25°35°1:414°02′25°37°1:511°19′25°37°β1及β2的取值§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日361980年，美國肯塔基州立大學(xué)陳惠發(fā)根據(jù)大量計算經(jīng)驗指出，最危險滑弧兩端距坡頂點和坡腳各為0.1n*H處，且最危險滑弧中心位于fd線的垂直平分線上。亦可通過試算法確定。2.陳惠發(fā)的經(jīng)驗法§8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析2021/10/10星期日37一、土的抗剪強度指標(biāo)及安全系數(shù)的選用§8.4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(biāo)降低、有效應(yīng)力減小，土體抗滑動能力減小，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

土體的抗剪強度參數(shù)的恰當(dāng)選取是影響土坡穩(wěn)定分析成果可靠性的主要因素。原則:

(1)盡可能采用有效應(yīng)力方法；(2)試驗條件盡量符合土體的實際受力和排水條件。2021/10/10星期日38浸潤線以下部分應(yīng)考慮水的浮力作用，采用浮重度，動水可按下式計算:二、有水滲流時的土坡穩(wěn)定計算ΔA——浸潤線以下部分面積，即動水力作用區(qū)域的面積?！?