土力學(xué)課件(清華大學(xué))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CrestSlopesurfacetoe2021/5/911概述2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析3粘性土土坡的穩(wěn)定分析4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法第七章土坡穩(wěn)定分析作業(yè)：7-1,7-31為什么會(huì)發(fā)生邊坡失穩(wěn)2如何分析邊坡穩(wěn)定性3如何防治、治理2021/5/92第1節(jié)概述邊坡分類：天然邊坡Naturalslope

人工邊坡Engineeredslope

土坡Soilslope

巖石邊坡Rockslope第二章土坡穩(wěn)定分析為什么會(huì)發(fā)生邊坡失穩(wěn)土體沿滑動(dòng)面達(dá)到了極限平衡狀態(tài)2021/5/93一.土坡：具有傾斜面的土體1．天然土坡Naturalslope

江、河、湖、海岸坡第1節(jié)概述2021/5/941．天然土坡

山、嶺、丘、崗、天然坡第1節(jié)概述2021/5/952．人工土坡Engineeredslope¤

挖方：溝、渠、坑、池露天礦第1節(jié)概述2021/5/962．人工土坡¤

填方：堤、壩、路基、堆料第1節(jié)概述2021/5/97天生橋一級(jí)面板堆石壩2．人工土坡第1節(jié)概述2021/5/98堆石壩2．人工土坡第1節(jié)概述2021/5/99堤防2．人工土坡第1節(jié)概述2021/5/910二.滑坡Landslides什么是滑坡？

為什么會(huì)滑坡？一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動(dòng)第1節(jié)概述2021/5/911二.滑坡1．滑坡的危害：滑坡是重大自然災(zāi)害（巖土）我國是滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國家2008年在西安召開第十屆國際滑坡與工程邊坡會(huì)議組委會(huì)主席陳祖煜教授第1節(jié)概述2021/5/912二.滑坡的形式第1節(jié)概述2021/5/913二.滑坡2．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(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)人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口第1節(jié)概述2021/5/914地震引發(fā)的滑坡第1節(jié)概述2021/5/915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人遇難第1節(jié)概述-滑坡泥石流2021/5/916紫坪鋪水庫2號(hào)泄洪洞出口滑坡-開挖第1節(jié)概述2021/5/917云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡－開挖第1節(jié)概述2021/5/918江岸崩塌滑坡－滲流第1節(jié)概述2021/5/919三峽庫區(qū)滑坡問題－蓄水造成的滑坡2001年，重慶市云陽縣發(fā)生兩次大型滑坡，其中武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國務(wù)院撥款40億元用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理第1節(jié)概述2021/5/9201989年1月8日坡高103m。流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理，包括一小型不連續(xù)面。事故導(dǎo)致電站廠房比計(jì)劃推遲一年，修復(fù)時(shí)安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。

漫灣滑坡第1節(jié)概述2021/5/921壩體內(nèi)浸潤線太高第1節(jié)概述2021/5/922楔形槽西藏易貢巨型滑坡第1節(jié)概述2021/5/923西藏易貢巨型滑坡時(shí)間：2000年4月9日規(guī)模：坡高3330m,堆積體2500m、寬約

2500m，總方量=280-300×106m3天然壩：壩高=290m,庫容=1534×106m3地質(zhì)：風(fēng)化殘積土。險(xiǎn)情：湖水以每日0.5m速度上升。第1節(jié)概述2021/5/924滑坡后緣高程5520m第1節(jié)概述2021/5/925易貢滑坡堰塞湖扎木弄溝5520m2264m2340m2210m滑坡堆積易貢茶廠易貢巨型滑坡堰塞湖平面圖第1節(jié)概述2021/5/926高程（m）滑距（m）滑坡堆積體2210m易貢藏布2264m553022004000080004000易貢巨型高速滑坡剖面示意圖200060002340m扎木弄溝第1節(jié)概述2021/5/927滑坡堰塞湖—易貢湖第1節(jié)概述2021/5/928湖水每天上漲50cm！第1節(jié)概述2021/5/929城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20傷)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad第1節(jié)概述2021/5/930Early1972滑坡前June1972滑坡后2021/5/931如何分析、判斷？

無粘性土坡-相對簡單

粘性土坡-復(fù)雜2021/5/932安全系數(shù)的定義土坡沿著某一滑裂面的安全系數(shù)F是這樣定義的，將土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c’/F,tan’/F,

則土體沿著此滑裂面處處達(dá)到極限平衡，即

=c’e+’e

tan’ec’e=c’/Ftan’e=tan’/F2021/5/933第2節(jié)無粘性土土坡的穩(wěn)定分析

Noncoehsivesoilslope第2節(jié)無粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角

考察一無限長坡，坡角為

分析一微單元AAWNT

由于無限土坡，微單元兩側(cè)作用力大小相等、方向相反

A2021/5/934一.無滲流的無限長土坡微單元A自重:

W=

V沿坡滑動(dòng)力：對坡面壓力：

(由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消)

抗滑力Resistance：抗滑安全系數(shù)：WRNAWNT

第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/935無滲流的無限長土坡討論當(dāng)

=

時(shí)，F(xiàn)s=1.0，天然休止角可見安全系數(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(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

在干坡及靜水下坡中，如

不變，F(xiàn)s有什么變化

第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/936什么是滑坡？

為什么滑坡？

滑坡的形式小結(jié)無粘性土－表面淺層滑動(dòng)粘性土－深層滑動(dòng)2021/5/937無滲流的無限長土坡WRNAWNT

小結(jié)有沿坡滲流情況

取土骨架為隔離體JJ2021/5/938二.有沿坡滲流情況(3)

抗滑力：

(2)

滑動(dòng)力：2．沿坡滲流無限長砂土坡安全系數(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’RNJA

l

h第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/939二.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(shí)可能破壞3.討論

與所選

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

與容重有關(guān)WRNJ第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/940三.部分浸水無粘性土坡部分浸水無粘性土坡與干坡，完全水下坡相比，安全性如何變化？坡面的穩(wěn)定性相同深層滑動(dòng)的可能性大水位BCD

1

2EA第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/941三.部分浸水無粘性土坡土體滑動(dòng)，考慮兩個(gè)方向的力平衡

Fx=0;Fy

=0未知量有三個(gè)N1、

N2、Fs超靜定BCDAT1N1T2N2W水位第2節(jié)無粘性土土坡BCDAR1R2W水位2021/5/942將滑動(dòng)土體分成兩塊，有四個(gè)平衡方程

Fxi=0;Fyi

=0，i=1,2未知量有五個(gè)R1、

R2、Fs、P1，

需要引入假定如

三.部分浸水無粘性土坡BCDAR1R2WBCAEW2W1

P1R2R1D第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/943分析BCDE塊的平衡P1=W1sin

1—(W1cos

1tg)/Fs代入EDA塊的平衡方程,滑動(dòng)力與抗滑力Fs

=抗滑力/滑動(dòng)力需要迭代N1BCDAET1T2N2W2W1

P1

1三.部分浸水無粘性土坡第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/944四.無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)對滑動(dòng)面的影響無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)使滑動(dòng)面發(fā)生在一定深度處，而非表面五.無粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié)破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長坡第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/945§3粘性土坡的穩(wěn)定分析強(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，對于均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動(dòng)面可用一圓弧(圓柱面)近似。第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析OR2021/5/946一瑞典圓弧法二瑞典條分法三簡化Bishop條分法四普遍條分法(Janbu法)OR思考題：為什么粘性土坡通常不會(huì)發(fā)生表面滑動(dòng)？§3粘性土坡的穩(wěn)定分析第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析2021/5/947圓弧滑動(dòng)法由瑞典工程師提出的。冰川沉積厚層軟粘土第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法一、整體圓弧法(瑞典圓弧法)2021/5/948(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)ORdW一、整體圓弧法(瑞典圓弧法)第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法2021/5/949(一)分析計(jì)算方法

2.平衡條件(各力對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：ORdCBAW一、整體圓弧法(瑞典圓弧法)第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法2021/5/9502.當(dāng)

0時(shí)，

n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到Fs的理論解1.其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，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.瑞典圓弧法適用于飽和粘土抗滑力矩ORdCBAW安全系數(shù)：第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法2021/5/951二、條分法的基本原理及分析1．原理注:無法求理論解，是一個(gè)邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計(jì)算解決。簡化解決方法是將滑動(dòng)土體離散化成土條—條分法。AORC

sbB-2-101234567第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理抗滑力矩2021/5/9522.條分法中的求解條件第i條土的作用力Pi+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHitiAORC

sbB-2-101234567-3第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/953Wi是已知的作用在土條體底部的力與作用點(diǎn)NiTiti

共3n個(gè)作用在條間的力及作用點(diǎn)：

PiHihi

共3(n-1)個(gè)

(兩端邊界是已知的)假設(shè)總體安全系數(shù)為Fs

Fs

共1個(gè)未知數(shù)合計(jì)=3n+3(n-1)+1=6n-2n條土條的未知量數(shù)目Pi+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti2.條分法中的求解條件AORC

sbB-2-101234567-3第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/954各條：水平向靜力平衡條件：

x=0 共n個(gè)垂直向靜力平衡條件：

z=0共n個(gè)力矩平衡條件：

M0=0共n個(gè)n個(gè)土條底面上滿足極限平衡條件：共n個(gè)整體力矩平衡1個(gè)求解條件共4n＋1個(gè)2.條分法中的求解條件－平衡方程第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/955由于未知數(shù)為6n-2個(gè) 求解條件為4n＋1個(gè) 二者相差(2n-3)不同的假設(shè)條件，對應(yīng)不同計(jì)算方法整體圓弧法：n=1, 6n-2=4個(gè)未知數(shù)，4個(gè)方程簡單(瑞典)條分法Pi=Hi=hi=0,ti=li/22(n+1)個(gè)未知數(shù)其他方法： 假設(shè)條間力的假設(shè)2.條分法中的求解條件－討論P(yáng)i+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/956三.簡單條分法(瑞典條分法)1．基本原理：忽略所有條間作用力，即：

Pi=Hi=hi=0 3n-3ti=li/2

n共計(jì)減去4n-3未知數(shù)未知數(shù)為2n+1AORC

ibB

idiTiNiWi第3節(jié)粘性土坡-瑞典條分法2021/5/9572.安全系數(shù)計(jì)算

Ni方向靜力平衡(n個(gè))求解方程(2n+1)個(gè)

滑動(dòng)面上極限平衡條件(n個(gè))AORC

ibB

idiTiNiWi

總體對圓心O的力矩平衡

(1個(gè))滑動(dòng)力矩=抗滑力矩WiTiNi

i第3節(jié)粘性土坡-瑞典條分法WNT2021/5/9583簡單條分法計(jì)算步驟圓心O，半徑R(如圖)分條：b=R/10編號(hào)：過圓心垂線為0條中線列表計(jì)算liWi

i變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORC

sbB-2-101234567WiTiNi

i2021/5/9594.瑞典簡單條分法的討論*由于忽略條間力，有4n＋1個(gè)平衡條件。實(shí)際用2n+1個(gè)，有些平衡條件不能滿足

忽略了條間力，所計(jì)算安全系數(shù)Fs偏小，

越大(條間力的抗滑作用越大),Fs越偏小

假設(shè)圓弧滑裂面，有時(shí)與實(shí)際滑裂面有差別一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全第3節(jié)粘性土坡-瑞典條分法WNT2021/5/960四、畢肖甫(Bishop)法考慮條間力AORC

ibB

idiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hi第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法

Pi=Pi–Pi－1

H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

i2021/5/9611.原理與特點(diǎn)

假設(shè)滑裂面為圓弧每條滑裂面上滿足極限平衡條件每條作用力在y方向(豎直)上靜力平衡總體對圓心O力矩平衡

DPi

不出現(xiàn)注：未考慮各條間水平力及各條力矩平衡，條件不夠：缺

Hi，共(n-1)個(gè)條件設(shè)

Hi=0則條件夠了——簡化Bishop法，忽略條間切向力

Pi=Pi–Pi－1

H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

i第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法2021/5/962求解條件平衡條件：2n+1未知數(shù)：6n-21)由于法向力平衡

Pi(

Pi)不出現(xiàn)—(n-1)2)不計(jì)各條力矩平衡

ti

及

hi

—(2n-1)3)假設(shè)

Hi=0(不計(jì)條間切向力)—(n-1)第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法2021/5/9632．安全系數(shù)公式ORC

ibB

idiTiNiWiPi-1PiHi+1Hi第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法等式左右都有安全系數(shù)，需要迭代2021/5/9643

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NoYESNoORC

ibB

idiTiNiWiPi-1PiHi+1Hi2021/5/965五.普遍條分法(簡布Janbu法)Wihi-1Pi-1hiPiHiNiTiHi-1b

i

h假定條塊間水平作用力的位置第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法ACbBTiNiWi任意形狀滑裂面2021/5/966對O點(diǎn)的力矩平衡求

Hi和

Pi的關(guān)系五.普遍條分法(簡布Janbu法)O第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法

Pi=Pi–Pi-1

Hi=Hi–Hi-1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

iWihi-1Pi-1hiPiHiNiTiHi-1b

i

h2021/5/967五.普遍條分法(簡布Janbu法)

Pi=Pi–Pi-1

Hi=Hi–Hi-1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

iP1=

P1P2=P1+

P2=

P1+

P2Pi=

Pi

(i=1,j)Pn=

Pi=0

(i=1,n)第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法2345678910111P0=0P11=02021/5/9682．安全系數(shù)公式計(jì)算比較繁雜sec2

iFs=[cilicosi+(wi+Hi)tgi](wi+Hi)tg

i]1+tg

itgi/Fs五.普遍條分法(簡布Janbu法)第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法2021/5/9691．特點(diǎn)(1)任意形式滑裂面，不一定圓弧(2)滿足各條X、Z靜力平衡滿足各條力矩平衡滿足整體力矩平衡五.普遍條分法(簡布Janbu法)第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法2021/5/970六.幾種分析計(jì)算方法的總結(jié)第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析方法總結(jié)2021/5/971條分法小節(jié)AORC

ibB

idiTiNiWi瑞典條分法

Pi=Pi–Pi－1

H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

iAORC

ibB

idiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hi畢肖普條分法簡布條分法第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析方法總結(jié)2021/5/972什么是滑坡？

為什么滑坡？

滑坡的形式小結(jié)無粘性土－表面淺層滑動(dòng)粘性土－深層滑動(dòng)2021/5/973無滲流的無限長土坡WRNAWNT

小結(jié)有沿坡滲流情況

取土骨架為隔離體JJ2021/5/974粘性土條分法小結(jié)2021/5/975第4節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法土體的抗剪強(qiáng)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(yàn)條件盡量符合土體的實(shí)際受力和排水條件。第4節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)c

、

總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)cu或ccu、

cu2021/5/976一.兩種分析法有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)c

、

總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)cu或ccu、

cu第4節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法2021/5/977二.穩(wěn)定滲流期土壩堤防抗滑安全系數(shù)1．以土體(顆粒+孔隙水)整體取為隔離體2．以瑞典簡單條分法為例－不計(jì)條間力3．計(jì)算安全系數(shù)－對圓心取矩-2-101234567AORC

ibB地下水浸潤線第4節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法202