邊坡穩(wěn)定性分析課件

1、 邊坡穩(wěn)定性分析Stability analysis of soil slopes坡肩 坡頂坡面坡角坡趾坡高具有傾斜面的土體具有傾斜面的土體學(xué)習(xí)本章的目的意義1.掌握各種誘發(fā)土體滑坡的因素掌握各種誘發(fā)土體滑坡的因素;2.進行土體邊坡的穩(wěn)定性分析和安全性評價；進行土體邊坡的穩(wěn)定性分析和安全性評價；3.設(shè)計經(jīng)濟、合理的人工邊坡設(shè)計經(jīng)濟、合理的人工邊坡;4.制定有效的邊坡整治措施。制定有效的邊坡整治措施。1 1 概述概述2 2 表層滑動的穩(wěn)定分析表層滑動的穩(wěn)定分析3 3 深層滑動的穩(wěn)定分析深層滑動的穩(wěn)定分析4 4 水對邊坡穩(wěn)定的影響水對邊坡穩(wěn)定的影響第八章 邊坡穩(wěn)定性分析1 概述 江、河、湖、海岸坡

2、江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有傾斜面的土體一、土坡：具有傾斜面的土體貴州洪家渡 山、嶺、丘、崗、天然坡山、嶺、丘、崗、天然坡一. 土坡 1 1 概述概述 挖方：溝、渠、坑、池挖方：溝、渠、坑、池一. 土坡 1 1 概述概述一、土坡 填方：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩 1 1 概述概述二. 滑坡什么是滑坡？為什么會滑坡？1 1 概述概述二. 滑坡 1滑坡的危害： 土、巖體滑坡是重大的自然災(zāi)害 我國是滑坡災(zāi)害滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國家1 1 概述概述二. 滑坡-滑坡的主要形式1 1 概述概述紫坪鋪水庫2號泄洪洞出口滑坡云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡 江岸崩塌滑坡江西省江新洲洲頭北側(cè)蹋岸三峽庫區(qū)滑坡問題蓄

3、水20012001年，重慶市云陽縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆年，重慶市云陽縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆邊坡失穩(wěn)造成邊坡失穩(wěn)造成7979人死亡。國務(wù)院已經(jīng)決定撥款人死亡。國務(wù)院已經(jīng)決定撥款4040億元，用于億元，用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理。僅重慶就有三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理。僅重慶就有150150多個治理工程。多個治理工程。19891989年年1 1月月8 8日日 坡高坡高103m 103m 地質(zhì)地質(zhì): :流紋巖中有強風(fēng)化的密集節(jié)理和一個小型不連續(xù)面。流紋巖中有強風(fēng)化的密集節(jié)理和一個小型不連續(xù)面。 事故事故: :電站廠房比計劃推遲一年，修復(fù)時安裝了大量預(yù)應(yīng)力電站廠房比計劃推遲一年，修復(fù)時安

4、裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。錨索。漫灣滑坡漫灣滑坡城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方1 1 概述概述貴陽沙沖路滑坡貴陽沙沖路滑坡-平面滑動平面滑動 龍羊峽庫岸滑坡龍羊峽庫岸滑坡-平面平面+圓弧滑動圓弧滑動鹽池河邊坡破壞-崩塌20032003年年7 7月月1313日日 三峽庫區(qū)三峽庫區(qū)沙鎮(zhèn)溪沙鎮(zhèn)溪發(fā)生發(fā)生千將坪千將坪滑坡滑坡，致使，致使2424人失蹤。人失蹤。雪山崩塌滑坡各因素滑坡各因素- -實際圖實際圖 泥石泥石( (洪洪) )流流總是與暴雨或山洪相聯(lián)系，是在有總是與暴雨或山洪相聯(lián)系，是在有足夠外部水流足夠外部水流( (或降雨或降雨) )參與下形成的一種高密度參與下形成的一種高密度“流體流體”。

5、泥石(洪)流坡面泥石流坡面泥石流巖體崩塌過程巖體崩塌過程示意圖示意圖下面是幾個巖土體滑坡過程的模擬圖：下面是幾個巖土體滑坡過程的模擬圖：1 1 概述概述滑坡過程示意圖滑坡過程示意圖泥石流發(fā)展示意圖二. 滑坡 2 2造成滑坡的原因造成滑坡的原因降雨、蓄水、使巖土軟化，降雨、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、隧洞出入口原因原因：(1)外界的作用破壞了土體原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，增大了外界的作用破壞了土體原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，增大了滑動面上的滑

6、動動力；滑動面上的滑動動力；(2)土體抗剪強度由于受到外界各種因素的影響而降低。土體抗剪強度由于受到外界各種因素的影響而降低。1 1 概述概述應(yīng)如何分析、判斷邊坡的穩(wěn)定性？ 土體滑坡形態(tài)格式各樣，主要取決于土土體滑坡形態(tài)格式各樣，主要取決于土的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造。的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造。1. 粗粒土坡的滑坡深度淺、形狀接近于平面粗粒土坡的滑坡深度淺、形狀接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土坡滑動面的形狀按塑性理論分析為對數(shù)螺旋坡滑動面的形狀按塑性理論分析為對數(shù)螺旋曲面，在計算中通常以圓弧面代替。曲面，在計算中通常以圓弧面代替。3. 判斷邊坡的

7、穩(wěn)定性，是以計算滑動土體的判斷邊坡的穩(wěn)定性，是以計算滑動土體的抗滑力和滑動力的比值為依據(jù)。比值大于抗滑力和滑動力的比值為依據(jù)。比值大于1為安全，等于為安全，等于1為達到極限狀態(tài)，小于為達到極限狀態(tài)，小于1不安不安全。全。2 表層滑動的穩(wěn)定性分析土坡對象：無粘性土土坡對象：無粘性土破壞形式：表面淺層滑坡破壞形式：表面淺層滑坡強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角 考察一無限長坡，坡角為考察一無限長坡，坡角為 分析一分析一微單元微單元AWTNA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) cosRNtgWtg

8、4）抗滑力： cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑動力5)抗滑安全系數(shù)： 2 2 表層滑動的穩(wěn)定性分析表層滑動的穩(wěn)定性分析RNWANWTWRN l h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)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都相等思考題思考題：干坡與靜水下，若坡干坡與靜水下，若坡中中 不變，不變，F(xiàn)s有什么變化有什么變化2 2 表層滑動的穩(wěn)定性分析表層滑動的穩(wěn)定性分析二.有滲流情況(3) 抗滑力： cosRNtgVtg(2) 滑動力：(sinsin)sinwsatTJVV2 2有滲流砂土邊坡安全

9、系數(shù)有滲流砂土邊坡安全系數(shù)(4) 抗滑安全系數(shù)： tgtgtgJTRFssatsatsincos滲透力平行坡面NWTAWRN l hJRNWJ 自重：滲透力：WV sinwwJj ViVV 底面支撐力N，底面抗滑力R(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力2 2 表層滑動的穩(wěn)定性分析表層滑動的穩(wěn)定性分析二.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. 討討 論論 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)tgtgFssatWTNA l h2 2 表層滑動的穩(wěn)定性分析表層滑動的穩(wěn)定性分析三三. . 本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)邊坡

10、對象：無粘性土土坡邊坡對象：無粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長坡分析方法：考慮為無限長坡安全系數(shù)：安全系數(shù)：3 . 125. 1 ;tantan值一般取kk2 2 表層滑動的穩(wěn)定性分析表層滑動的穩(wěn)定性分析3 深層滑動的穩(wěn)定性分析 土層性質(zhì)：粘性土、土質(zhì)均勻 強度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：實際滑坡表明，對于粘性、均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動面與圓?。▓A柱面）近似。OR 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析一、概述總體說有兩種分析方法：總體說有兩種分析方法：（1 1）整體圓弧滑動法。主要適用于均質(zhì)簡單土坡。）整體圓弧滑動法。主要

11、適用于均質(zhì)簡單土坡。所謂簡單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面水平，所謂簡單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面水平，且土質(zhì)均勻，無地下水。且土質(zhì)均勻，無地下水。（2 2）條分法。條分法對非均質(zhì)土坡、土坡外形復(fù)雜、）條分法。條分法對非均質(zhì)土坡、土坡外形復(fù)雜、土坡部分在水下情況均適用。土坡部分在水下情況均適用。 彼得森彼得森(K.E.Petterson)(K.E.Petterson)于于19161916首先提出，采用圓首先提出，采用圓弧滑動面分析土坡穩(wěn)定性。此后費倫紐斯弧滑動面分析土坡穩(wěn)定性。此后費倫紐斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒和泰勒(D.W.

12、Taylor,1948)(D.W.Taylor,1948)又做了又做了一些改進。一些改進。二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析基本概念基本概念 土坡在自重作用下產(chǎn)生土坡在自重作用下產(chǎn)生如圖的滑動，根據(jù)抗滑如圖的滑動，根據(jù)抗滑動力矩和滑動力矩的平動力矩和滑動力矩的平衡關(guān)系，有土坡穩(wěn)定性衡關(guān)系，有土坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如下：安全系數(shù)如下：圖圖8.7 土體的整體穩(wěn)定分析土體的整體穩(wěn)定分析WaRLMMKfsf 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析 2.2.分析計算方法分析計算方法 均質(zhì)土均質(zhì)土 二維二維 圓弧滑動面圓弧滑動面 滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動 在滑動面上處于極限平衡狀態(tài)在滑動面上處

13、于極限平衡狀態(tài)1）假設(shè)條件：）假設(shè)條件：圖圖8.8 土體的整體穩(wěn)定分析土體的整體穩(wěn)定分析二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析 2 2）平衡條件（各力對）平衡條件（各力對O O的力矩平衡）的力矩平衡）dWMs(1) 滑動力矩：(3) 安全系數(shù)：當(dāng)=0（粘土不排水強度）時， (2) 抗滑力矩：fWROBdACRLCRLMufRuCC L為為ACAC弧弧dWRLCdWRLMMFufsRs滑動力矩抗滑力矩二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析討論:1 (1)當(dāng)當(dāng)0時，時， n是是L(x,y)的函數(shù)，無法的函數(shù)，無法得到得

14、到Fs的理論解的理論解(2)其中圓心其中圓心O及半徑及半徑R是任意假設(shè)的，還必是任意假設(shè)的，還必須計算若干組（須計算若干組（O, R）找到最小安全系數(shù)）找到最小安全系數(shù) 最可能滑動面最可能滑動面(3)適用于飽和粘土適用于飽和粘土 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析三、條分法的基本原理 1 1原理原理則，則，無法求理論解，是 一個邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計算解決。一個簡化解決方法是將滑動土體分成條條分法條分法。實際是一種離散化計算方法0lntgde整體圓弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函數(shù)，若n不為零AORCsbB-2-1 01234567 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)

15、定性分析2條分法中的力和求解條件W Wi i大小和方向已知；滑動面上的N Ni i 、 T Ti i( (含c ci il li i和N Ni itgtgi i) )大小未知；土條兩側(cè)，E Ei i F Fi i h hi i由前一個土條計算得出, ,E Ei i1 1、F Fi i1 1 、h hi i1 1未知；可見，作用在土條上的作用力有5 5個未知數(shù)，可以建立3 3個平衡方程，故為靜不定問題。（1）未知量數(shù)目：）未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析(2) 力平衡條件（求解條件）簡化計算方法：1.1.不考慮土條間的

16、作用力，或只考慮其中的一個；2.2.假設(shè)條間力的作用方向或規(guī)定E Ei i和F Fi i的比值；3.3.假定條塊間力的作用位置，h hi i已知。 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析四. 簡單條分法（瑞典條分法） 1基本假設(shè)：基本假設(shè)： 費倫紐斯假設(shè)土條兩側(cè)的合力相等，作用線重合，即土條兩側(cè)的作用力相互抵消。此時土條上的作用力僅有自重和滑動面上的兩個分力。、 2計算方法：計算方法： 計算土條自重iibhW 將土條自重分解將土條自重分解iiiWNcosiiiWTsin 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析四. 簡單條分法（瑞典條分法） 滑動面上土的抗剪強度為：滑動面上土

17、的抗剪強度為：)cos(1)(1iiiiiiiiiiiiiifilctgWllctgNlctg計算滑動力矩和穩(wěn)定力矩計算滑動力矩和穩(wěn)定力矩: iiisRWRTMsinRlctgWRlMiiiiiifif)cos( 計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) niiiiniiiiiiisfWRlctgWRMMK11sin)cos(對于均質(zhì)土坡對于均質(zhì)土坡 iicc niiiiniiiiiisfWlcWtgMMK11sin)cos( 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析3. 簡單條分法計算步驟圓心O，半徑R（如圖）分條：b=R/10編號：過圓心垂線為0#條中線列表計算 li Wi i

18、變化圓心O和半徑R(cos)sini iiiisiiClWtgFWFs最小ENDNiiWTiAORCsbB-2-1012345674. 瑞典簡單條分法的討論* 忽略了條間力，所計算安全系數(shù)K值偏?。?假設(shè)圓弧滑裂面，使K值偏大；總體結(jié)果是K值偏小。* 越大(條間的抗滑作用力越大)，K值越偏小。* 假設(shè)圓弧滑裂面，與實際滑裂面有差別。一般情況下，一般情況下，F(xiàn) Fs s偏小偏小10%10%左右工程應(yīng)用中偏于安全左右工程應(yīng)用中偏于安全* 由于忽略了條塊間的作用力，只滿足力矩平衡，不滿足靜力平衡。 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析四、畢肖普（Bishop）法PiiNiTiHiRiOW

19、Pi+ 1Hi+ 1bidi Pi= Pi-Pi+ 1iiNiTi Hi= Hi-Hi+ 1W 畢肖普（畢肖普（AWBishop）1955年提出的一種簡化計算方法年提出的一種簡化計算方法 。該方法可以考慮條塊間的作用力。但在考慮整個滑動土體力矩該方法可以考慮條塊間的作用力。但在考慮整個滑動土體力矩平衡條件時，認(rèn)為各土條的作用力對圓心力矩之和為零。平衡條件時，認(rèn)為各土條的作用力對圓心力矩之和為零。 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析1. 原理與特點 假設(shè)滑裂面為圓弧 不忽略條間作用力 土條的滑裂面上滿足極限平衡條件 土條在y方向上（豎直）達到靜力平衡 總體對圓心O力矩平衡四、畢肖普

20、（Bishop）法 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析四、畢肖普（Bishop）法2. 推導(dǎo)過程 豎向平衡條件：豎向平衡條件：0cossin1iiiiiiiNTHHWiiiiiiiTHHWNsin)(cos1 若土條的穩(wěn)定安全系數(shù)為若土條的穩(wěn)定安全系數(shù)為 K， 與滑動面上的切向力與滑動面上的切向力相平衡的條件有：相平衡的條件有： fiiT)(1iiiiifiilctgNKlTiiiiiiiiiitgKKlcHHWNsin1cossin)(1iiiiiisfWlctgNMMKsin)( 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析iiiitgKmsin1cos參數(shù)參數(shù) 包含包含

21、有有K，是一超越，是一超越方程。采用試算方程。采用試算的方法。的方法。查曲線查曲線的方法。的方法。iiniiniiiiiiiiiiiiWtgKlctgHHWKsinsin1coscos)(111四、畢肖普（Bishop）法2. 推導(dǎo)過程imniiiiniiiiiiiiWlctgWmK11sincos1簡化簡化01iiHH 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析四、畢肖普（Bishop）法 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析畢肖普曲線畢肖普曲線mi 值曲線值曲線3. 畢肖甫法計算步驟kkk圓心O，半徑R設(shè) K=1.0計算 m iYESFs最小END計算K/NoYESNok

22、k四、畢肖普（Bishop）法滿足整體力矩平衡條件；滿足整體力矩平衡條件；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；塊的力矩平衡；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；滿足極限平衡條件。滿足極限平衡條件。得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些。得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些。 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析五. 普遍條分法（簡布 Janbu法）假設(shè)了土體條塊間的水平作用力的位置。假設(shè)了土體條塊間的水平作用力的位置。由此可以獲得，每個條塊都滿足全部靜力平衡條件和極由此可以獲得，每個條塊都滿

23、足全部靜力平衡條件和極限平衡條件，滑動土體的整體力矩平衡條件也自然得到限平衡條件，滑動土體的整體力矩平衡條件也自然得到滿足。滿足。該方法適用于任何滑動面而不必規(guī)定滑動面是一個圓弧該方法適用于任何滑動面而不必規(guī)定滑動面是一個圓弧面。面。該方法由簡布提出。該方法由簡布提出。 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析五. 普遍條分法（簡布 Janbu法）AORCibBidiTiNiWiWihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXih假定條塊間水平作用力的位置假定條塊間水平作用力的位置 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析五. 普遍條分法（簡布 Janbu法）按靜力平衡條件分

24、析如下：按靜力平衡條件分析如下： 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析五. 普遍條分法（簡布 Janbu法）iiiiiiiiiiiiTHWNTNHWsincossincosiiiiiNTPsincosiiiiiiiitgHWTP)(cossincos22豎直方向：豎直方向：水平方向：水平方向：iiiiiiiiiiiTHWNtgNlcKTsincos11KtgtgtgHWlcKTiiiiiiiii1cos1123 45678910111P0=0P11=0Pi=Pi+1 -PiH=Hi+1 -HiWiNiTi=(cili +Nitan )/Fsii 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動

25、的穩(wěn)定性分析iiiiiiiiiiiiitgHWtgHWlcKtgtgKPcos1sec12niinPP100cos1sec12iiiiiiiiiiiitgHWtgHWlcKtgtgKiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiHWmtgHWlctgHWKtgtgtgHWlcKsin1cos 1seccos2五. 普遍條分法（簡布 Janbu法） 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析3. 簡布法計算步驟令Hi0計算K /計算Pi 計算K KK/END計算PiNo計算HiYES費倫紐斯最危險滑動面圓心的確定方法費倫紐斯最危險滑動面圓心的確定方法六、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析1211及及22的取值的取值 六、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析 3 3 深層滑動的穩(wěn)定性分析深層滑動的穩(wěn)定性分析七. 幾種分析