路塹邊坡穩(wěn)定分析鄭穎人.ppt

中國人民解放軍后勤工程學(xué)院,院 士 博士生導(dǎo)師,鄭穎人,路 塹 邊 坡 穩(wěn) 定 分 析,1、前言 2、用極限平衡法求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的 統(tǒng)一求解格式 3、邊(滑)坡穩(wěn)定安全系數(shù)的分析 4、不平衡推力法的穩(wěn)定安全系數(shù)分析 5、不平衡推力法中的推力分析,1、前言,邊坡危害： 2002年5月武隆，邊坡坍塌死79人 1972年6月香港，邊坡坍塌死138人 滑坡危害： 1963年意大利，瓦依昂水庫死2600人 1983年中國，東鄉(xiāng)縣灑勒黃土滑坡死227人,技術(shù)不成熟： 勘察搞不清，設(shè)計憑經(jīng)驗，資金花費大。 云南元磨高速公路147公里， 30米以上高邊坡370余個，修建時已滑177次以上。 邊坡分類： 一般邊坡：土坡、巖石邊坡 高邊坡：土坡（高于15米） 巖石邊坡（高于30米）,邊坡穩(wěn)定分析方法：,有限元單元網(wǎng)格劃分,邊坡體的垂直條分和受力分析,安全系數(shù),有限元法 有限元強度折減法,極限平衡法,用極限平衡法求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的 統(tǒng)一求解格式 平面滑面解析解 圓弧滑面和任意滑面條分法(求每一條塊體滑面上的下滑力與抗滑力，然后加起來。) 若已知整個滑面上下滑力等于抗滑力F=1條件，則問題為靜定。 超靜定問題：未知數(shù)多于方程數(shù)，都需作假定。常用13種方法。,條分法分類： 嚴(yán)格條分法力全部平衡（4個未知數(shù)（ ,N ）和三個方程， 假設(shè) 或 h 非嚴(yán)格條分法力部分平衡 （3個未知數(shù)（ ,N ）和二個方程）, 假設(shè),整體力及力矩平衡方程 (包含各種方法的假設(shè)條件),條底法向力方程,條間力及條間力矩逆推方程,安全系數(shù)統(tǒng)一求解格式,2.1 平衡條件 （1）考慮所有平衡條件（水平、垂直方向、力矩平衡）： HVM：Spencer法（條間力傾角為常數(shù)） Morgenstern-Price法（條間力傾角為某一函數(shù)） Sarma （）法（界面上剪切強度與界面上強度成比例）,Correia法 （假設(shè)條間力 分布） 嚴(yán)格Janbu法 （假設(shè)條間力作用點位置),Sarma （）法 （界面上剪切強度與滑面上 強度成另一函數(shù)關(guān)系）,（2）考慮垂直力方向與力矩平衡（VM法） 簡化Bishop法 （設(shè)條間力合力作用方向水平） （3）考慮垂直方向與水平方向力平衡（VH法） 簡化Janbu法 （設(shè)條間力合力方向水平） 羅厄法（設(shè)條間力傾角為底面角與頂面角之和之半）,陸軍工程師團法 （設(shè)條間力方向與坡面平行） 不平衡推力法（傳遞系數(shù)法） (條間力方向與底面方向平行） Sarma （）法 （界面上剪切力為界面剪切強度） （4）僅考慮求矩中心平衡（M） 瑞典法（不考慮條間力）,圖2.2 算例邊坡1,算例1：,表2.4 算例邊坡1中土的材料參數(shù),表2.5 安全系數(shù)迭代計算過程,表2.5 安全系數(shù)迭代計算過程,表2.5 安全系數(shù)迭代計算過程（續(xù)）,表2.5 安全系數(shù)迭代計算過程（續(xù)）,表2.5 安全系數(shù)迭代計算過程（續(xù)）,表2.5 安全系數(shù)迭代計算過程（續(xù)）,算例2 ：,圖2.3 算例邊坡2,表2.7 安全系數(shù)迭代計算過程,表2.6 算例邊坡2中土的材料參數(shù),表2.7 安全系數(shù)迭代計算過程（續(xù)）,表2.7 安全系數(shù)迭代計算過程（續(xù)）,2.3 各種算法的比較,算例,圖2.4,2.8 算例邊坡中土的材料參數(shù),表2.9 各種極限平衡條分法安全系數(shù)的比較,表2.10 各種算法與Spencer法的相差值,6種嚴(yán)格法圓弧滑動面小于2% 一般滑動面小于4% 非嚴(yán)格法中瑞典法偏于過分安全 不平衡推力、 Bishop法誤差很小、 其它方法離散性太大，不適用。 推薦方法：嚴(yán)格解法或圓弧滑面采用 Bishop法；任意滑面采用不平衡推力法。,3、 邊(滑)坡穩(wěn)定安全系數(shù)的分析 影響邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的因素： 1. 邊坡的失穩(wěn)概率 2. 邊坡重要性: 土石壩1.5，公路1.25 3. 計算穩(wěn)定安全系數(shù)方法：瑞典法1.3 解析法1.35 4. 滑裂面形狀與位置 當(dāng)前采用狀況：,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)與穩(wěn)定分析方法,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)與穩(wěn)定分析方法（續(xù)）,1 計算或采用數(shù)值計算。,1.15 1.25,不平衡推力法 隱式解 同上,香港新開挖邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)（十年降雨重現(xiàn)期）,幾點結(jié)論： （1）邊坡安全系數(shù)高于滑坡安全系數(shù) （2）建筑邊坡高于道路邊坡 （3）重要建筑物高于次要建筑物 （4）不同邊坡穩(wěn)定分析方法采用不同安全系數(shù),式中,a、隱式表達式,4 不平衡推力法的穩(wěn)定安全系數(shù)分析,4.1 不平衡推力法的兩種表達形式,b、顯式表達式,式中,隱式與顯式的不同:,1. 顯式解是令隱式解中的傳遞系數(shù)中的 安全系數(shù)為1； 隱式解與顯式解安全系數(shù)的含義不同， 隱式解采用國際常用的安全系數(shù)定義。,4.2 圓弧滑面的比較,結(jié)論：對于光滑圓弧，傳遞系數(shù)法隱式的穩(wěn)定系數(shù)在任何條件下均與Bishop法十分接近。顯式的結(jié)果并不總是與Bishop法接近，其誤差隨中心角的增大而增大，最大達40以上。,1 計算或采用數(shù)值計算。,4.3 條間力傾角變化對穩(wěn)定系數(shù)的影響,其滑面為一圓弧。為了研究條間力傾角對穩(wěn)定性的影響，將滑面分別用圓弧的2、3、4、6、8、12、24等分點作為滑面的中間控制點，連接這些控制點就形成了7條滑面，折點處土條左右兩側(cè)條間力的傾角差分別為45、30、22.5、15、7.5、3.75。,誤差分析結(jié)果,結(jié)論,滑移面直角很大時，顯式與隱式解都有很大誤差，必須進行修正。 即使滑面光滑時，顯式解也有較大誤差， 偏于不安全，因而顯式解不適用。,4.4 滑面控制點超限的處理,最下面一個滑面傾角為-30.96， 建議滑面進行修正，實際傾角小于10 。,5、不平衡推力法中的推力分析,隱式與顯式的推力比較 ，,隱式,顯式,，,不平衡推力法中的推力分析,算例比較,表3 不同安全系數(shù)下滑坡剪出口的剩余推力(KN) 穩(wěn)定系數(shù)0.808,推力比較,采用1.15時, 實際為6184, 采用1.3時, 變?yōu)?0029 增大近4000。