第6章邊坡穩(wěn)定PPT課件

1、二. 滑坡2造成滑坡的原因：蓄水、使巖土軟化，蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤線壩背水坡浸潤線存在滲透力存在滲透力1）振動：地震、爆破2）土中水位升、降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頁/共36頁二二. 滑坡滑坡滑坡的形式平平動動崩崩塌塌轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動流流滑滑第2頁/共36頁一. 無滲流的無限長土坡1）微單元A自重: W=VsinTW2）沿坡滑動力：cosNW3）對坡面壓力：（由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消） cosRNtgWtg4）抗滑力： cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑動力5）抗滑安全系數(shù)： WTNA坡與水平夾角為砂土

2、內(nèi)摩擦角第3頁/共36頁無滲流的無限長土坡討論當(dāng)=時，F(xiàn)s=1.0，天然休止角stgFtg可見安全系數(shù)與土容重?zé)o關(guān)思考題：在干坡及靜水下坡中，如不變，F(xiàn)s有什么變化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)Fs都相等第4頁/共36頁二. 有沿坡滲流情況 1沿坡滲流的情況：降雨水位驟降的土壩（堤）上游正常蓄水土壩下游第5頁/共36頁二. 有沿坡滲流情況(1) 自重：取微單元A，以土骨架為隔離體，作用力：(2) 滲透力： （方向：平行于土坡）(3) 滑動力：(4) 抗滑力： (5) 抗滑安全系數(shù)： WV sinwwJj ViVV cosRNtgVtg(sinsin)si

3、nwsatTJVVWTNAhl2 2無限長有沿坡滲流的砂土坡安全系數(shù)無限長有沿坡滲流的砂土坡安全系數(shù)tgtgtgJTRFssatsatsincos第6頁/共36頁二. 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，有沿坡滲流時可能破壞0.5sat3. 討 論思考題: 推導(dǎo)有垂直向內(nèi)滲流時，砂土坡安全系數(shù)為多少？ 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)tgtgFssat第7頁/共36頁7.3 粘性土坡的穩(wěn)定分析由于存在粘聚力C，與無粘性土坡不同其危險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，其滑動面可用一圓?。▓A柱面）近似。CAoRB第8頁

4、/共36頁二、整體圓弧法（瑞典圓法）（一）分析計算方法 1假設(shè)條件： 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條件dAWoBRc第9頁/共36頁二、整體圓弧法（瑞典圓弧法）（一）分析計算方法 2. 平衡條件（各力對O的力矩平衡）000()eeeRfnnMde Rctgde RcActg de RdAWoBRcsMwd(1) 滑動力矩：RussC AcRMFMWd抗滑力矩滑動力矩(3) 安全系數(shù)：uRccMcAcR當(dāng)=0（粘土不排水強(qiáng)度）時， nnl注：（其中 是未知函數(shù)）(2) 抗滑力矩：第10頁/共36頁（二）討論1. 當(dāng)0時，n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到Fs

5、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) 最可能滑動面第11頁/共36頁最危險滑裂面的經(jīng)驗方法EADBO1）圓心12交點第一步（過坡角）2）圍線上述O變化幾個圓心，然后根據(jù)趨勢找最低安全系數(shù)中心第12頁/共36頁二、條分法的基本原理及分析1原理注:（無法求理論解，是 一個邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計算解決。但有限元法往往無法給出安全系數(shù)，且受本構(gòu)模型影響，一個簡化解決方法是將滑動土體分成條條分法。實際是一種離散化計算方法）0lntgde整體圓弧法 ：n是l(x,y)的函數(shù)第13頁/共36頁iiiiiiii+1i+1i+12. 條分法中的和求解條件第

6、第I條條土土的的作作用用力力第14頁/共36頁2條分法中的力和求解條件Wi是已知的作用在土條體底部的力與作用點：Ni Ti ti 共3n個作用在邊界上的力及作用點： Pi Hi hi 共3(n-1)個 （兩端邊界是已知的）假設(shè)總體安全系數(shù)為Fs（且每條Fs都相等） 共1個未知數(shù)合計=3n+3(n-1)+1=6n-2iiiiiiii+1i+1i+1 （1）共n條土的未知量數(shù)目第15頁/共36頁(2) 力平衡條件（求解條件）各條：水平向靜力平衡條件：2 x=0 共n個垂直向靜力平衡條件：2 y=0 共n個力矩平衡條件：2 M0=0 共n個在n個滑動面上各條處于極限平衡條件： 共n個求解條件共4n個

7、第16頁/共36頁（3）討論由于未知數(shù)為6n-2個求解條件為4n個二者相差(2n-2)因而出現(xiàn)了不同的假設(shè)條件，對應(yīng)不同計算方法整體圓弧法：n=1, 6n-2=4n簡單(瑞典瑞典)條分法：Pi=Hi=hi=0, ti=li/2 共3（n-1）個其他方法：大多是假設(shè)力作用點位置或忽略一些條間力第17頁/共36頁三. 簡單條分法（瑞典條分法）1基本原理：忽略了所有條間作用力，即：Pi=Hi=hi=03n-3ti=li/2n共計減去4n-3未知數(shù) 未知數(shù)為2n+1第18頁/共36頁2. 安全系數(shù)計算 Ni方向靜力平衡（n個）cosiiiNWcosi iiii iiiiissClN tgClWtgTF

8、FsRMM(cos)sini iiiiiiisClWtgWRTRRF(cos)sini iiiisiiClWtgFW求解方程（2n+1）個 滑動面上極限平衡（n個） 總體對圓心的力矩平衡滑動力矩=抗滑力矩（1個）第19頁/共36頁3. 簡單條分法計算步驟圓心圓心O，半徑，半徑R（如圖）（如圖）分條：分條：b=R/10編號：過圓心垂編號：過圓心垂線為線為0#條中線條中線列表計算列表計算 li Wi i變化圓心變化圓心O和半徑和半徑R(cos)sini iiiisiiClWtgFWFs最小最小END第20頁/共36頁4. 簡單條分法的討論* 由于忽略3條間力，有4n個平衡條件。實際用2n+1個，

9、有些平衡條件不能滿足0 00000cos0sC lWtgTF* 忽略了條間力，所計算安全系數(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* 假設(shè)圓弧滑裂面，與實際滑裂面有差別一般情況下，F(xiàn)2偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全0#條水平方向力不平衡第21頁/共36頁1. 原理與特點 假設(shè)滑裂面為圓弧 不忽略條間作用力 在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件 每條上作用力在y方向（豎直）上靜力平衡 總體對圓心O為矩平衡 Pi 不出現(xiàn)不出現(xiàn)注：（未考慮各條水平向作用力及各條力矩平衡條件，實際上條件不夠：缺 Hi，共(n-1)個條件設(shè)Hi=0則條件夠了簡化Bishop法，忽略條間切

10、向力）四、畢肖甫（四、畢肖甫（Bishop）法法第22頁/共36頁求解條件 平衡條件：2n+1 未知條件：6n-21）由于豎向力平衡 Pi(Pi) 不出現(xiàn) （n-1）2）不計各條力矩平衡 ti 及 hi （2n-1）3) 假設(shè) Hi=0（不計條間切向力） (n-1)第23頁/共36頁2安全系數(shù)公式1()siniiiiisiiCbWtgmFWsincosiiiistgmF其中第24頁/共36頁3. 畢肖甫法計算步驟圓心圓心O，半徑，半徑R設(shè)設(shè) Fs=1.0計算計算 miYESFs最小最小END計算計算sFssFFNosssFFFYESNo第25頁/共36頁五. 普遍條分法（簡布 Janb法）第2

11、6頁/共36頁五. 普遍條分法（簡布 Janb法） 1原理與特點（3）6n-2 個未知數(shù)(1) 任意形式滑裂面，不一定圓弧共計 6n-1 個條件(2) 假設(shè)Ni作用點H/2 nPi沿直線分布 n-1 4n00oixyM第27頁/共36頁五. 普遍條分法（簡布 Janbu法） 2安全系數(shù)公式1)()sinii iiiisiiiCbWH tgmFWH21cos/seciiiisitg tgmF第28頁/共36頁六. 幾種分析計算方法的總結(jié)第29頁/共36頁一. 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方法工況總應(yīng)力法有效應(yīng)力法無粘性土土壩施工期Cu，u土壩的滲流穩(wěn)定期地震中坡Ccu，cu第30頁/共36頁二. 土壩施工期邊坡穩(wěn)定分析 對于均質(zhì)粘性土壩 1總應(yīng)力法：用不排水強(qiáng)度指標(biāo)Cu，u 2有效應(yīng)力法 （1）確定土壩中超靜孔隙水壓力（由于其中大小主應(yīng)力 大致成比例）31311111()()(1)uBAB kAkB kAkB 第31頁/共36頁第32頁/共36頁二. 土壩施工期邊坡穩(wěn)定分析 (2) 繪制等孔壓圖(3) 計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)(cos)sini iiii iisiiClWul tgFW第33頁/共36頁三. 穩(wěn)定滲流期土壩抗滑安全系數(shù) 1以土體（顆粒+孔隙水）為隔離體 2簡單條分法 3計算第34頁/