土坡穩(wěn)定性分析PPT課件

1、4.7.1 4.7.1 概述概述天然土坡天然土坡人工土坡人工土坡由于地質(zhì)作用而由于地質(zhì)作用而自然形成的土坡自然形成的土坡 在天然土體中開挖在天然土體中開挖或填筑而成的土坡或填筑而成的土坡 山坡、江山坡、江河岸坡河岸坡路基、堤壩路基、堤壩坡底坡底坡腳坡腳坡角坡角坡頂坡頂坡高坡高土坡穩(wěn)定分析問題土坡穩(wěn)定分析問題第1頁/共36頁土坡坡度土坡坡度 可用可用h/lh/l或或表示表示土坡高度土坡高度土的性質(zhì)土的性質(zhì) 氣象條件氣象條件靜靜( (動動) )水壓力的作用水壓力的作用地震地震 使土體抗剪強(qiáng)度降低第2頁/共36頁實(shí)例：香港寶城大廈實(shí)例：香港寶城大廈 1972.7 滑坡滑坡 當(dāng)場死亡當(dāng)場死亡120人。

2、人。第3頁/共36頁 工程設(shè)計(jì)中常假定工程設(shè)計(jì)中常假定粘性土坡粘性土坡的滑動面為圓弧的滑動面為圓弧面，用圓弧滑動法（極限平衡法的一種）分析面，用圓弧滑動法（極限平衡法的一種）分析粘性土坡的穩(wěn)定性，即粘性土坡的穩(wěn)定性，即圓弧法圓弧法。最初由瑞典科學(xué)家提出的。被太沙基認(rèn)為是現(xiàn)今巖土工程中的一個里程碑。第4頁/共36頁第5頁/共36頁1、整體圓弧滑動法（瑞典圓弧法）dWMT 滑動力矩：滑動力矩：RtgNRCAcMR 抗抗滑滑力力矩矩：RCAcMR 時，時，當(dāng)當(dāng)0 dOCAWTf整體圓弧滑動受力示意圖整體圓弧滑動受力示意圖的情況。的情況。適用于適用于滑動力矩滑動力矩抗滑力矩抗滑力矩穩(wěn)定安全系數(shù)：穩(wěn)定安

3、全系數(shù)：0 dWRCAcMMFTRS第6頁/共36頁abcdiiOCRABH1) 1) 原理原理對于外形復(fù)雜、對于外形復(fù)雜、 00的粘性的粘性土土坡，土體分層情況時，土土坡，土體分層情況時，要確定滑動土體的重量及其要確定滑動土體的重量及其重心位置比較困難，而且抗重心位置比較困難，而且抗剪強(qiáng)度的分布不同，一般采剪強(qiáng)度的分布不同，一般采用條分法分析。用條分法分析。 各土條對滑弧各土條對滑弧圓心的抗滑力圓心的抗滑力矩和滑動力矩矩和滑動力矩 滑動土體滑動土體分為若干分為若干垂直土條垂直土條土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定安全系數(shù)安全系數(shù) 2、條分法TRSMMF 滑動力矩滑動力矩抗滑力矩抗滑力矩第7頁/共36頁2) 2

4、) 受力分析圖受力分析圖ORCBbOAPihiHiTicWidHi+1Pi+1hi+1Niab-2-11234567第8頁/共36頁siiiiiizixiFlctgNTMFF 極極限限平平衡衡方方程程：力力的的平平衡衡方方程程：000n個土條，個土條，n-1個分界面，個分界面，Pi 、Hi、hi共共3(n-1)個未個未知數(shù)；知數(shù)；Ni 、Ti共共2n個未知數(shù)；個未知數(shù)；Fs一個未知數(shù)。一個未知數(shù)。3) 3) 土條土條i i平衡方程平衡方程 若把滑動土體分成若把滑動土體分成n個條塊，則共有未知數(shù)個條塊，則共有未知數(shù)5n-2個，可建方程個，可建方程4n個，為超靜定問題。個，為超靜定問題。ORCBb

5、OAPihiHiTicWidHi+1Pi+1hi+1Niab-2-11234567第9頁/共36頁4) 4) 求解方法求解方法 （1）假定條間力的大小與方向的 畢肖普法和瑞典條分法；（2）假定條間力的作用方向的不平衡推力傳遞法；（3）假定條間力的作用點(diǎn)位置的簡布法。第10頁/共36頁步驟：步驟：abcdiiOCRABH. .按比例繪出土坡剖面按比例繪出土坡剖面 . .任選一圓心任選一圓心O O，確定滑，確定滑動面，將滑動面以上土體動面，將滑動面以上土體分成幾個等寬或不等寬土分成幾個等寬或不等寬土條條 . .每個土條的受力分析每個土條的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜

6、力平衡靜力平衡假設(shè)兩組合力假設(shè)兩組合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi i1 1) )iiiWNcosiiiWTsiniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsin15)5)、瑞典條分法、瑞典條分法求解前提第11頁/共36頁. .滑動面的總滑動力矩滑動面的總滑動力矩 iiiTWRTRM sin . .滑動面的總抗滑力矩滑動面的總抗滑力矩 )tancos(taniiiiiiiiiifiRlcWRlcRlRM . .確定安全系數(shù)確定安全系數(shù) iiiiiiiTRsWlctgWMMF sincos abcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1P

7、i+1NiTi條分法是一種試算法，應(yīng)選取條分法是一種試算法，應(yīng)選取不同圓心位置和不同半徑進(jìn)行不同圓心位置和不同半徑進(jìn)行計(jì)算，求最小的安全系數(shù)計(jì)算，求最小的安全系數(shù) 第12頁/共36頁瑞典條分法的特點(diǎn)：瑞典條分法的特點(diǎn)： (1) 忽略條間力的作用忽略條間力的作用 (2) 滿足滑動土體整體力矩平衡條件滿足滑動土體整體力矩平衡條件(3) 不滿足條塊的靜力平衡條件不滿足條塊的靜力平衡條件(4) 滿足極限平衡條件滿足極限平衡條件(5) 得到的安全系數(shù)偏低得到的安全系數(shù)偏低第13頁/共36頁6)6)、畢肖普法（、畢肖普法（BishopBishop法）法） 考慮條塊側(cè)面力簡化比肖普法簡化比肖普法-只考慮水平

8、只考慮水平力力P不考慮側(cè)面力不考慮側(cè)面力H第14頁/共36頁(1) 假設(shè)條塊間作用力只有法向力沒有切向力；假設(shè)條塊間作用力只有法向力沒有切向力；(2) 滿足滑動土體整體力矩平衡條件；滿足滑動土體整體力矩平衡條件；(3) 滿足各條塊力的多邊形閉合條件，但不滿足條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；塊的力矩平衡條件；(4) 滿足極限平衡條件；滿足極限平衡條件；(5) 得到的安全系數(shù)比瑞典條分法略高一點(diǎn)。得到的安全系數(shù)比瑞典條分法略高一點(diǎn)。簡化Bishop方法的特點(diǎn)第15頁/共36頁7)7)、普遍條分法（簡布法、普遍條分法（簡布法-Janbu-Janbu法）法）1). 求解前

9、提： 假定條塊間水平作用力的位置。2).方法的特點(diǎn)： (1) 考慮條間力的作用 (2) 滿足所有靜力平衡條件 (3) 滿足極限平衡條件 Xi hiHi+1Pi+1hi+1iHiPihiOiNiWiTi i第16頁/共36頁8)8)、最危險滑裂面的確定方法（費(fèi)倫紐斯）、最危險滑裂面的確定方法（費(fèi)倫紐斯）B 1OARH 2 各 種 坡 角 的 1和 2值坡 角 坡 度1 :m126 0 1 :0 .5 82 9 4 0 4 5 1 :1 .02 8 3 7 3 3 4 1 1 :1 .52 6 3 5 2 6 3 4 1 :2 .02 5 3 5 1 8 2 6 1 :3 .02 6 3 5 1

10、4 0 2 1 :4 .02 5 3 6 1 1 1 9 1 :5 .02 5 3 9 1). 均勻粘性土坡 =0時：第17頁/共36頁C1BAHO1E 1 2O2FS14.5HDHMFGO3O1O4O2FS4O3C3O4C4C22. 均勻粘性土坡 0時：第18頁/共36頁4.7.4 4.7.4 簡單土坡穩(wěn)定計(jì)算定義：當(dāng)土坡土質(zhì)均一，坡度不變，無地下水時，稱為簡單土坡。第19頁/共36頁考察坡面上考察坡面上M土顆粒土顆粒其重力為其重力為G，分力有：分力有：sinGT cosGNTT MNG 第20頁/共36頁tgtgGtgGTtgNKsincos滑動力抗滑力(525) 可見，當(dāng)可見，當(dāng) 時，時

11、，k1，此時此時 稱為稱為“ 自然體止角自然體止角”。要求：安全系數(shù)要求：安全系數(shù)k=1.11.5。第21頁/共36頁土坡穩(wěn)定分析的五個參數(shù)：土坡穩(wěn)定分析的五個參數(shù)：c, , , , hc令：令：crhNcs穩(wěn)定數(shù)則得：泰勒穩(wěn)定數(shù)圖表則得：泰勒穩(wěn)定數(shù)圖表第22頁/共36頁第23頁/共36頁為此，可解決：為此，可解決：1、已知、已知 ，c， ， ， 能求能求hc3、已知、已知h， ，c， ， ，能求能求 2、已知、已知c， ， ，h ，能求能求k第24頁/共36頁另：對于飽和軟粘土，另：對于飽和軟粘土， 0，則有：，則有： ，坡腳圓、查圖實(shí)線；，坡腳圓、查圖實(shí)線； 4，則取Ns5.54坡面圓、查

12、虛線；中點(diǎn)圓、查點(diǎn)劃線；坡腳圓、查實(shí)線；nd-深度系數(shù)，堅(jiān)硬土層面到坡頂?shù)木嚯x與H的比值。第25頁/共36頁 例：例： 某工程需開挖基坑某工程需開挖基坑h=6m，地基土地基土的天然重度的天然重度 =18.2kN/m3，內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角 15 ，粘聚力粘聚力c=12kPa，試確定能保證基坑開挖安試確定能保證基坑開挖安全的邊坡穩(wěn)定坡度。全的邊坡穩(wěn)定坡度。解：由已知條件解：由已知條件c， ， h得：得：1 . 90 .120 . 62 .18 sN 再由再由Ns=9.1查圖查圖639中中 15 的曲線，的曲線，可得坡角可得坡角 57.0 ，故基坑開挖時穩(wěn)定的邊，故基坑開挖時穩(wěn)定的邊坡坡度為坡坡度為1

13、:0.65。第26頁/共36頁4.7.5 4.7.5 土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問題土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問題 1 1、挖方邊坡與天然邊坡、挖方邊坡與天然邊坡 天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復(fù)雜，這些土坡與人工填筑土坡天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復(fù)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，得到安全系數(shù)，比較符合實(shí)測結(jié)果。但對述的穩(wěn)定分析方法，得到安全系數(shù)，比較符合實(shí)測結(jié)果。但對于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述相同的分析方法，會得出于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述相同的分析方法，會得出不正確的結(jié)果。不正確的結(jié)

14、果。n2 2、關(guān)于圓弧滑動條分法、關(guān)于圓弧滑動條分法計(jì)算中引入的計(jì)算假定：計(jì)算中引入的計(jì)算假定： 滑動面為圓弧?；瑒用鏋閳A弧。 不考慮條間力作用。不考慮條間力作用。 安全系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動力矩之比來定義。安全系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動力矩之比來定義。第27頁/共36頁 3 3、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的選用、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的選用 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值選用應(yīng)合理：土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值選用應(yīng)合理： 指標(biāo)值過高，有發(fā)生滑坡的可能指標(biāo)值過高，有發(fā)生滑坡的可能 指標(biāo)值過低，沒有充分發(fā)揮土的強(qiáng)度，就工程而言，指標(biāo)值過低，沒有充分發(fā)揮土的強(qiáng)度，就工程而言，不經(jīng)濟(jì)。不經(jīng)濟(jì)。 實(shí)際工程中，應(yīng)結(jié)合邊

15、坡的實(shí)際加荷情況，填料的性實(shí)際工程中，應(yīng)結(jié)合邊坡的實(shí)際加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 如果能準(zhǔn)確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應(yīng)如果能準(zhǔn)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(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行核力法比較合理。重要的工程應(yīng)采用有效強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行核算。對于控制土坡穩(wěn)定的各個時期，應(yīng)分別采用不同試算。對于控制土坡穩(wěn)定的各個時期，應(yīng)分別采用不同試驗(yàn)方法的強(qiáng)度指標(biāo)。驗(yàn)方法的強(qiáng)度指標(biāo)。第28頁/共36頁n4 4、安全系數(shù)的選用、安全系數(shù)的選用 影響安全系數(shù)的因素很多，如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選影響安全系數(shù)的因素很

16、多，如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用，計(jì)算方法和計(jì)算條件的選擇等。工程等級愈高，用，計(jì)算方法和計(jì)算條件的選擇等。工程等級愈高，需要的安全系數(shù)愈大。需要的安全系數(shù)愈大。 目前，對于土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，各個部門有不目前，對于土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，各個部門有不同的規(guī)定。同的規(guī)定。同一邊坡穩(wěn)定分析，選用不同的試驗(yàn)方法、不同的同一邊坡穩(wěn)定分析，選用不同的試驗(yàn)方法、不同的穩(wěn)定分析方法，會得到不同的安全系數(shù)。根據(jù)結(jié)果穩(wěn)定分析方法，會得到不同的安全系數(shù)。根據(jù)結(jié)果綜合分析安全系數(shù)，得到比較可靠的結(jié)論綜合分析安全系數(shù)，得到比較可靠的結(jié)論第29頁/共36頁 5 5、查表法確定土質(zhì)邊坡的坡度、查表法確定土質(zhì)邊坡的坡度 邊坡的坡度允許值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，參照同類土層邊坡的坡度允許值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，參照同類土層的穩(wěn)定坡度進(jìn)行確定。的穩(wěn)定坡度進(jìn)行確定。 一些規(guī)范和手冊根據(jù)大量設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)規(guī)定了土坡一些規(guī)范和手冊根據(jù)大量設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)規(guī)定了土坡坡度的允許值，可以通過查表法確定土質(zhì)邊坡的坡度。坡度的允許值，可以通過查表法確定土質(zhì)邊坡的坡度。第30頁/共36頁本章小結(jié)：本章小結(jié)：第31頁/共36頁傳遞系數(shù)法：傳遞系數(shù)法： iiiiiiiiiniiinijjiiiiiinjnijininjnijinisWTlcWRTTRRFsintancostan)s