第7章土坡穩(wěn)定分析PPT課件

1、7.1 7.1 概述概述邊坡穩(wěn)定分析對(duì)象：邊坡穩(wěn)定分析對(duì)象：土石壩、庫區(qū)邊坡，堤壩填筑土石壩、庫區(qū)邊坡，堤壩填筑土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡土坡：具有傾斜面的土體土坡：具有傾斜面的土體坡肩坡肩 坡頂坡頂坡面坡面坡角坡角坡趾坡趾坡坡高高坡底坡底第1頁/共43頁7.1 7.1 概述概述天然土坡：自然地質(zhì)作用所形成天然土坡：自然地質(zhì)作用所形成 江、河、湖、海岸坡 山、嶺、丘、崗、天然坡人工土坡：人工開挖或回填而形成人工土坡：人工開挖或回填而形成 挖方：溝、渠、坑、池 填方：堤、壩、路基、堆料第2頁/共43頁7.1 7.1 概述概述一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部

2、分土體滑動(dòng)部分土體滑動(dòng)滑坡：滑坡：第3頁/共43頁滑坡原因滑坡原因7.1 7.1 概述概述1）振動(dòng)：地震、爆破2）土中水位升、降4）水流沖刷：使坡腳變陡5）凍融：凍脹力及融化含水量升高6）人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口3）降雨引起滲流、軟化第4頁/共43頁滑坡形式滑坡形式7.1 7.1 概述概述平移平移崩塌崩塌轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)流滑流滑第5頁/共43頁滑坡形式滑坡形式7.1 7.1 概述概述第6頁/共43頁7.1 7.1 概述概述1）無粘性土的滑坡，深度淺，形狀接近平面，或折線形平面，在橫截面上來看，是一條直線（庫倫假設(shè)）。實(shí)際調(diào)查和研究表明：實(shí)際調(diào)查和研究表明：2）粘性土的滑坡，深度深。勻質(zhì)粘

3、性土的滑坡形狀接近圓弧面（對(duì)數(shù)螺旋線曲面），在橫截面上來看，是一條圓弧線。第7頁/共43頁7.1 7.1 概述概述1）極限平衡法（成熟）分析方法：分析方法：2）極限分析法（不成熟）3）有限元法（不很成熟，復(fù)雜主要用于黏性土）第8頁/共43頁 7.1 概述概述 7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析？7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析？7.4 總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法？7.5 工程實(shí)際中的邊坡穩(wěn)定問題工程實(shí)際中的邊坡穩(wěn)定問題本章目錄本章目錄第9頁/共43頁7.2 7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑動(dòng)破壞形式：表面淺層滑動(dòng)1）微

4、單元A自重: W=VsinTW2）沿坡滑動(dòng)力：）沿坡滑動(dòng)力：cosNW3）對(duì)坡面壓力：）對(duì)坡面壓力：（由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消）（由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消） cosRNtgWtg4）抗滑力：）抗滑力： cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑動(dòng)力5）抗滑安全系數(shù)：抗滑安全系數(shù)： WTN 坡與水平夾角為 ，砂土內(nèi)摩擦角為 WRNA第10頁/共43頁7.2 7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析stgFtg當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)s=1.0， 稱為天然休止角安全系數(shù)與土重度無關(guān)與所選的微單元大小無關(guān) 思考：在干坡及靜水下坡中， 如 不變，F(xiàn)s有什么變化坡內(nèi)任一點(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)

5、Fs都相等天然休止角：等于砂在松散狀態(tài)下時(shí)的內(nèi)摩擦角。第11頁/共43頁7.2 7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析有沿坡滲流情況有沿坡滲流情況降雨正常蓄水土壩下游正常蓄水土壩下游水位驟降的土壩上游水位驟降的土壩上游逸出段第12頁/共43頁 W T NAW RN(1) 自重： 滲透力：滲透力： （方向：平行于土坡）（方向：平行于土坡）(2) 滑動(dòng)力：滑動(dòng)力：(3) 抗滑力：抗滑力： (4) 抗滑安全系數(shù)：抗滑安全系數(shù)： WV cosRNtgVtg(sinsin)sinwsatTJVVtgtgtgJTRFsatsatssincos7.2 7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分

6、析取微單元取微單元 A，以土骨架為隔離體：，以土骨架為隔離體： l hJJsinlhiViVjJwVwsin第13頁/共43頁7.2 7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析討論：討論：WTN A l hJtgtgFsats意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時(shí)可能破壞 與所選與所選 V大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點(diǎn)安全系數(shù)相同大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點(diǎn)安全系數(shù)相同 與重度有關(guān)與重度有關(guān)0.5sat ，與無滲流比較與無滲流比較Fs減小近一半減小近一半第14頁/共43頁 7.1 概述概述 7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析？7.4 總

7、應(yīng)力法與有效應(yīng)力法總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法？7.5 工程實(shí)際中的邊坡穩(wěn)定問題工程實(shí)際中的邊坡穩(wěn)定問題本章目錄本章目錄第15頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析破壞特點(diǎn)破壞特點(diǎn)OR由于存在粘聚力C，與無粘性土坡不同；其危險(xiǎn)滑裂面位置在土坡深處；對(duì)于均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動(dòng)面可用一圓?。▓A柱面）近似。思考：思考：為什么粘性土坡通為什么粘性土坡通常不會(huì)發(fā)生表面滑常不會(huì)發(fā)生表面滑動(dòng)？動(dòng)？第16頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析1 整體圓弧滑動(dòng)法（整體圓弧滑動(dòng)法（瑞典Petterson）2 瑞典條分法（瑞典條分法（瑞典Fellenius）3

8、 畢肖普法（畢肖普法（ Bishop）4 Janbu法法5 Spencer方法方法6 Morgenstern-Price方法方法7 陳祖煜的通用條分法陳祖煜的通用條分法8 不平衡推力傳遞法不平衡推力傳遞法9 Sarma方法方法計(jì)算方法：計(jì)算方法：第17頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析1 整體圓弧滑動(dòng)法（整體圓弧滑動(dòng)法（瑞典圓弧法瑞典圓弧法） 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)面上處于極限平衡條件假設(shè)條件假設(shè)條件OR第18頁/共43頁ORCBA7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析平衡條件平衡條件（各力對(duì)圓心O的力矩平衡）(1) 滑

9、動(dòng)力矩：(3) 安全系數(shù)：uRccMcAcR當(dāng) =0（粘土不排水強(qiáng)度）時(shí)， nnl注：（其中 是未知函數(shù)）(2) 抗滑力矩：抗滑力矩：dWWdMs RltgRcAcRltgcRlMLnLnLfRdd )(d000WdRcAcMMFsRs滑動(dòng)力矩抗滑力矩第19頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析討論：討論：ORdCBAW 1 當(dāng) 0 時(shí)， n 是 l(x,y) 的函數(shù)，無法得到 Fs 的理論解2 2 其中圓心 O 及半徑 R R 是任意假設(shè)的，還必須計(jì)算若干組（O, R, R）找到最小安全系數(shù) （注意） 最可能滑動(dòng)面3 3 適用于飽和軟粘土，即 =0 情況第20頁/共

10、43頁ORdCBAW 7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析2 條分法的基本原理及分析條分法的基本原理及分析源起源起整體圓弧法 ： n 是 l(x,y) 的函數(shù)ltgLnd0思路思路離散化離散化分條分條條分法條分法AORC ibB-2-101234567第21頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析安全系數(shù)定義安全系數(shù)定義AORC ibB-2-101234567TiNisiiiiiFtgNlcTiiiiiifisTtgNlcTTF第22頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1未知數(shù)：未

11、知數(shù)：條塊間力條塊間力作用點(diǎn)位置作用點(diǎn)位置2(n-1)+(n-1) 3n-3滑動(dòng)面上的力滑動(dòng)面上的力作用點(diǎn)位置作用點(diǎn)位置3n安全系數(shù)安全系數(shù) F 1方程數(shù)：方程數(shù)：靜力平衡靜力平衡力矩平衡力矩平衡3n滑動(dòng)面上極限平衡條件滑動(dòng)面上極限平衡條件n4n6n-2 未知數(shù)方程數(shù)未知數(shù)方程數(shù)2n-2 hi第23頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析 未知數(shù)未知數(shù): 6n-2 方程數(shù)方程數(shù): 4n PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi1 整體圓弧滑動(dòng)法整體圓弧滑動(dòng)法2 瑞典條分法瑞典條分法3 畢肖普法畢肖普法4 Janbu法法5 Spencer方法方法6 Morge

12、nstern-Price方法方法7 陳祖煜的通用條分法陳祖煜的通用條分法8 不平衡推力傳遞法不平衡推力傳遞法9 Sarma方法方法n=1 3(n-1)+n=4n-3(n-1)+n=2n-1(n-1)+n=2n-1(n-1)-1+n=2n-2(n-1)+n=2n-1(n-1)-1+n=2n-2第24頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析3 瑞典條分法（簡(jiǎn)單條分法）瑞典條分法（簡(jiǎn)單條分法）忽略所有條間作用力：忽略所有條間作用力：2(n-1)+(n-1) 3n-34n-3PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：n

13、未知數(shù)未知數(shù): 2n+1 方程數(shù)方程數(shù): 4n 假定：假定：圓弧滑裂面；不考慮條間力圓弧滑裂面；不考慮條間力第25頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析徑向力平衡：徑向力平衡：TiNi iWiAORC ibB-2-101234567極限平衡條件：極限平衡條件：cosiiiNWsiiiiisiiiiiFtgWlcFtgNlcTcos整體對(duì)圓心的力矩平衡：整體對(duì)圓心的力矩平衡：滑動(dòng)力矩= =抗滑力矩sRMMRFtgWlcRTRWsiiiiiiii)cos(siniiiiiiisWtgWlcFsin)cos(顯式顯式表達(dá)表達(dá)第26頁/共43頁圓心 O，半徑 R（如圖）分條：

14、b=R/10編號(hào)：過圓心垂線為 0# 條中線列表計(jì)算 li Wi i變化圓心 O 和半徑 RFs 最小ENDTiNi iWiAORC ibB-2-101234567iiiiiiisWtgWlcFsin)cos(計(jì)計(jì)算算步步驟驟第27頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析瑞典條分法的討論瑞典條分法的討論TiNi iWiAORC ibB-2-101234567cosiiiNWsiiiiiFtgNlcT(1) (1) 一些平衡條件不能滿足 未知數(shù)未知數(shù): 2n+1 方程數(shù)方程數(shù): 4n iiWsin對(duì)0#0#土條T0N0W0sFtgNlcT00000 0第28頁/共43頁7

15、.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析瑞典條分法的討論瑞典條分法的討論AORC ibB-2-101234567(2) (2) 假設(shè)圓弧滑裂面，與實(shí)際滑裂面有差別 忽略條間力，使得計(jì)算安全系數(shù) Fs 偏小 假設(shè)圓弧滑裂面，使 Fs 偏大最終結(jié)果是 Fs 偏小， 越大 Fs 越偏小一般情況下，一般情況下，F(xiàn) Fs s偏小偏小 10% 10% 左右左右工程應(yīng)用中偏于安全第29頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析4 畢肖甫（畢肖甫（Bishop）法）法忽略條間切向力：忽略條間切向力：n-12n-1PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑動(dòng)面上作

16、用點(diǎn)位置：假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：n 未知數(shù)未知數(shù): 4n-1 方程數(shù)方程數(shù): 4n 假定：假定：圓弧滑裂面；條間力切向力圓弧滑裂面；條間力切向力=0第30頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析Pihi+1TiNi iWiPi+1hiAORC ibB-2-101234567Fz=0iiiiiTNWsincossiiiiiFtgNlcT極限平極限平衡條件衡條件方程組求解，得到：方程組求解，得到：iisiiiimFlcWN)sin(siiiiFtgmsincosiiiiiisimlctgWFTcos1第31頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析h

17、i+1PiTiNi iWiPi+1hiAORC ibB-2-101234567整體力矩平衡：整體力矩平衡：siiiiFtgmsincosRTRWiiisinNi 過圓心；Pi 互相抵消iiiiiiiisWtgWlcmFsincos1licos i = bi隱式隱式表達(dá)表達(dá)第32頁/共43頁AORC ibB-2-101234567圓心 O，半徑 R設(shè) Fs=1.0計(jì)算 m i變化圓心 O 和半徑 R Fs 最小END 計(jì)算sFssFFsssFFFNo計(jì)計(jì)算算步步驟驟第33頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析PiTiNi ihi+1WiPi+1hiAORC ibB-2-

18、101234567畢肖甫法的討論畢肖甫法的討論(2) (2) 滿足整體力矩平衡條件但不滿足條塊力矩平衡 未知數(shù)未知數(shù): 4n-1 方程數(shù)方程數(shù): 4n (1) (1) 假設(shè)圓弧滑裂面(6) (6) 大多數(shù)情況下是精確的(3) (3) 滿足各條塊力的多邊形閉合條件(4) (4) 假設(shè)條間作用力只有法向力(5) (5) 滿足極限平衡條件第34頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析5 簡(jiǎn)布（簡(jiǎn)布（Janbu）法）法條塊間力的作用點(diǎn)位置：條塊間力的作用點(diǎn)位置：n-12n-1PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：n

19、未知數(shù)未知數(shù): 4n-1 方程數(shù)方程數(shù): 4n abhi推力線假定：假定：假定各土條間推力作用點(diǎn)連線為光滑連續(xù)曲線假定各土條間推力作用點(diǎn)連線為光滑連續(xù)曲線 “推力作用線推力作用線”即假定了條塊間力的作用點(diǎn)位置即假定了條塊間力的作用點(diǎn)位置第35頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi23 45678910111P0=0Pn=0簡(jiǎn)布法簡(jiǎn)布法(1) (1) 任意形狀滑裂面，不一定是圓弧(2) (2) 計(jì)算較復(fù)雜第36頁/共43頁7.3 7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析幾種方法總結(jié)幾種方法總結(jié)方法方法整體圓弧法整體

20、圓弧法簡(jiǎn)單條分法簡(jiǎn)單條分法畢肖普法畢肖普法簡(jiǎn)布法簡(jiǎn)布法滑裂面形狀滑裂面形狀圓弧圓弧圓弧圓弧圓弧圓弧任意任意假設(shè)假設(shè)剛性滑動(dòng)體剛性滑動(dòng)體滑動(dòng)面上極滑動(dòng)面上極限平衡限平衡忽略全部條忽略全部條間力間力忽略條間切向忽略條間切向力力條間力作用條間力作用點(diǎn)位置點(diǎn)位置適用性適用性飽和軟粘土，飽和軟粘土， =0一般均質(zhì)土一般均質(zhì)土一般均質(zhì)土一般均質(zhì)土任意任意精度精度/偏小偏小10%誤差誤差2070%難以確定難以確定平平衡衡條條件件整體力矩整體力矩 各條力矩各條力矩 各條垂向力各條垂向力 / 各條水平力各條水平力 第37頁/共43頁7.1 概述概述7.2 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析7.4 總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法（略