第08章土坡穩(wěn)定ppt課件

1、Stability analysis of soil slopes1 1 概述概述2 2 表層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析表層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析3 3 深層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析深層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析4 4 水對(duì)土坡穩(wěn)定的影響水對(duì)土坡穩(wěn)定的影響第八章第八章 土坡穩(wěn)定性分析土坡穩(wěn)定性分析8.1 概述一、土坡：具有傾斜面的土體一、土坡：具有傾斜面的土體 坡面坡頂坡底坡高H坡肩坡角坡腳8.1 概述 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8.1 概述 挖方：溝、渠、坑、池挖方：溝、渠、坑、池一. 土坡8.1 概述 填方：堤、壩、路基、

2、堆填方：堤、壩、路基、堆料料小浪底土石壩一. 土坡8.1 概述二. 滑坡-滑坡的主要方式8.1 概述巖體崩塌過程表示圖巖體崩塌過程表示圖下面是幾個(gè)巖土體滑坡過程的模擬圖：下面是幾個(gè)巖土體滑坡過程的模擬圖：8.1 概述滑坡過程表示圖滑坡過程表示圖8.1 概述泥石流開展現(xiàn)意圖8.1 概述二. 滑坡8.1 概述2 2呵斥滑坡的緣由呵斥滑坡的緣由二. 滑坡(1)滑動(dòng)力增大：滑動(dòng)力增大： 在坡頂堆載、建筑建筑物和車輛行駛；雨水或在坡頂堆載、建筑建筑物和車輛行駛；雨水或地表水滲人使土的重度添加；坡頂豎向裂痕中的地表水滲人使土的重度添加；坡頂豎向裂痕中的水壓力、浸透力和地震力對(duì)土坡的作用等。水壓力、浸透力和

3、地震力對(duì)土坡的作用等。(2)抗滑力減?。嚎够p?。?土的抗剪強(qiáng)度因含水量添加而下降；孔隙水土的抗剪強(qiáng)度因含水量添加而下降；孔隙水壓力增大使有效應(yīng)力和摩擦力減?。黄履_處土體壓力增大使有效應(yīng)力和摩擦力減??；坡腳處土體被沖刷或移走等。被沖刷或移走等。應(yīng)如何分析、判別應(yīng)如何分析、判別邊坡的穩(wěn)定性？邊坡的穩(wěn)定性？假定一滑動(dòng)面假定一滑動(dòng)面計(jì)算滑坡體的滑動(dòng)力和抗滑力計(jì)算滑坡體的滑動(dòng)力和抗滑力土坡穩(wěn)定平安系數(shù)土坡穩(wěn)定平安系數(shù)搜索最小平安系數(shù)的滑動(dòng)面搜索最小平安系數(shù)的滑動(dòng)面確定滑動(dòng)面外形確定滑動(dòng)面外形8.1 概述cosN W3 3滑動(dòng)面的外形滑動(dòng)面的外形主要取決于土的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造：主要取決于土的性質(zhì)和工

4、程地質(zhì)構(gòu)造：1. 粗粒土坡的滑坡深度淺、外形接近于平面粗粒土坡的滑坡深度淺、外形接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土坡粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土坡 滑動(dòng)面的外形按塑性實(shí)際分析為對(duì)數(shù)螺旋曲滑動(dòng)面的外形按塑性實(shí)際分析為對(duì)數(shù)螺旋曲 面，在計(jì)算中通常以圓弧面替代。面，在計(jì)算中通常以圓弧面替代。8.2 表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析土坡對(duì)象：無粘性土土坡對(duì)象：無粘性土破壞方式：外表淺層滑坡破壞方式：外表淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角調(diào)查一無限長(zhǎng)坡，坡角為調(diào)查一無限長(zhǎng)坡，坡角為分析一微單元分析一微單元A A砂性土的土坡穩(wěn)定分析1微單元A自重: W=VcosR N tg Wt

5、g 2)沿坡滑動(dòng)力：cossinRWtgKtgTWtg抗滑力滑動(dòng)力3)對(duì)坡面壓力： (由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消) tgKtg4抗滑力： 5)抗滑平安系數(shù)： RNWANWTWRN一. 無滲流的無限長(zhǎng)土坡當(dāng) K1時(shí) 穩(wěn)定 即 K1時(shí) 失穩(wěn) 即 K=1 時(shí) 臨界形狀 即= 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析無滲流的無限長(zhǎng)土坡討論u當(dāng)當(dāng)=時(shí)，時(shí)，K=1.0K=1.0，天然休，天然休止角止角u可見平安系數(shù)與土容重、坡高無關(guān)u與所選的微單元大小無關(guān)。u 即坡內(nèi)任一點(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面u上平安系數(shù)K都相等思索題：干坡與靜水下，假設(shè)坡中不變，K有什么變化c o sR N t gV t g 8.2 砂性土的土坡

6、穩(wěn)定分析(3) (3) 抗滑力：抗滑力： c o ss i ns a ts a tRt gKt gTJt g(2) (2) 滑動(dòng)力：滑動(dòng)力：WV有滲流砂土邊坡平安系數(shù)有滲流砂土邊坡平安系數(shù)(4) (4) 抗滑平安系數(shù)：抗滑平安系數(shù)： DwJGVIV浸透力平行坡面NWTAWRN l hJRNWJsinlhIs inwV (1)(1)取微單元取微單元A A的土骨架為隔離體，作用力的土骨架為隔離體，作用力二.有沿坡滲流情況0 .5s a t自重：自重：浸透力：浸透力：即地下水沿坡面流動(dòng)地下水流動(dòng)方向s a ttgKtg 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時(shí)可 能破壞ta

7、n1 .2 5 1 .3ta n; K K 值 一 般 取討 論 與所選V大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點(diǎn)平安 系數(shù)一樣 與容重有關(guān)WTNA l h二.有沿坡滲流情況與無滲流比較K減小近一倍 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)邊坡對(duì)象：無粘性土土坡邊坡對(duì)象：無粘性土土坡破壞方式：外表淺層滑坡破壞方式：外表淺層滑坡分析方法：思索為無限長(zhǎng)坡分析方法：思索為無限長(zhǎng)坡平安系數(shù)：平安系數(shù)：sMWa土層性質(zhì)：粘性土、土質(zhì)均勻強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞方式：實(shí)踐滑坡闡明，對(duì)于粘性、均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動(dòng)面與圓弧圓柱面近似。OR 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析一、概述

8、條分法對(duì)非均質(zhì)土坡、土坡外形復(fù)雜、土坡部分條分法對(duì)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。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，采用首先提出，采用圓弧滑動(dòng)面分析土坡穩(wěn)定性。以后費(fèi)倫紐斯圓弧滑動(dòng)面分析土坡穩(wěn)定性。以后費(fèi)倫紐斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒和泰勒(D.W.Taylor,1948)(D.W.Taylor,1948)又做了一些改良。又做了一些改良?？傮w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(dòng)法整體圓弧滑動(dòng)法2 2條分法條分法主要

9、適用于均質(zhì)簡(jiǎn)單土坡。所謂簡(jiǎn)單土坡是指主要適用于均質(zhì)簡(jiǎn)單土坡。所謂簡(jiǎn)單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面程度，且土質(zhì)均土坡的坡度不變，頂面和地面程度，且土質(zhì)均勻，無地下水。勻，無地下水。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1、分析計(jì)算方法 均質(zhì)土均質(zhì)土 二維二維 圓弧滑動(dòng)面圓弧滑動(dòng)面 滑動(dòng)土體呈剛性轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)土體呈剛性轉(zhuǎn)動(dòng) 在滑動(dòng)面上處于極限平衡形狀在滑動(dòng)面上處于極限平衡形狀1假設(shè)條件：假設(shè)條件：ruMCLR圖圖 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(dòng)面的整體穩(wěn)定分析 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析2 2平衡條件各力對(duì)平衡條件各力對(duì)O O的力矩平衡的力矩平衡uCC (1) (1) 滑動(dòng)力矩：滑動(dòng)力矩

10、：(3) (3) 平安系數(shù)：平安系數(shù)：當(dāng)當(dāng)=0=0粘土不排水強(qiáng)度時(shí)，粘土不排水強(qiáng)度時(shí)， (2) (2) 抗滑力矩：抗滑力矩：fWROBaACLfursL RC L RMKMW a W a 抗 滑 力 矩滑 移 力 矩0lr fMd lR 為為ACAC弧長(zhǎng)弧長(zhǎng)0()lnRct gd l二、圓弧滑動(dòng)面的整體穩(wěn)定分析 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析0lnRcL Rtg dl 0lntgd eiiWV討論:(1)當(dāng)當(dāng)0時(shí)，時(shí)，n是是L(x,y)的函數(shù)，的函數(shù)，無法無法 得到得到K的實(shí)際解的實(shí)際解(2)其中圓心其中圓心O及半徑及半徑R是恣意假設(shè)的，是恣意假設(shè)的， 還必需計(jì)算假設(shè)干組還必需計(jì)算假設(shè)干組O, R

11、找到最找到最小小 平安系數(shù)平安系數(shù) 最能夠滑動(dòng)面最能夠滑動(dòng)面(3)適用于飽和粘土適用于飽和粘土 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1原理一個(gè)簡(jiǎn)化處理方法是將滑動(dòng)土體分成條條分法。iiiWNcos整體圓弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函數(shù)，假設(shè)n不為零ORbCA-2-1 01234567那么，無法求實(shí)際解，那么，無法求實(shí)際解，是是 一個(gè)邊值問題，應(yīng)一個(gè)邊值問題，應(yīng)經(jīng)過數(shù)值計(jì)算處理。經(jīng)過數(shù)值計(jì)算處理。實(shí)踐是一種離散化計(jì)算方法。三、條分法的根本原理 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析Wi大小和方向知；滑動(dòng)面上的Ni 、 Ti(含cili和Nitgi)大小未知；土條兩側(cè)，Ei 、 Fi 、 hi由前一個(gè)土條計(jì)算得

12、出,Ei1、 Fi1 、hi1未知；可見，作用在土條上的作用力有5個(gè)未知數(shù)，可以建立3個(gè)平衡方程，故為靜不定問題。1未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2條分法中的力和求解條件 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析簡(jiǎn)化計(jì)算方法：1.不思索土條間的作用力，或只思索其中的一個(gè)；2.假設(shè)條間力的作用方向或規(guī)定Ei和Fi的比值；3.假定條塊間力的作用位置，hi知。(2) 力平衡條件求解條件 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1根本假設(shè)：根本假設(shè)：費(fèi)倫紐斯假設(shè)土條兩側(cè)的合力相等，作用線重合，費(fèi)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(shí)土條上的作用即土條兩側(cè)的作用力相

13、互抵消。此時(shí)土條上的作用力僅有自重和滑動(dòng)面上的兩個(gè)分力。力僅有自重和滑動(dòng)面上的兩個(gè)分力。2計(jì)算方法：計(jì)算方法：計(jì)算土條自重計(jì)算土條自重iiiWTsin11( c o s)fiiiiiiiiiiiiiitg c N tg c W tg clll 將土條自重分解sinsiiiiM TR W R ( c o s)r ifiiii i iiM lRW tg c lR 四. 簡(jiǎn)單條分法瑞典條分法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析滑動(dòng)面上土的抗剪強(qiáng)度為：11(c os)s i niniiiiisiiniiiiRWt gclMKMRW計(jì)算滑動(dòng)力矩和穩(wěn)定力矩: iicc 11cossininiisiiniiiitg

14、WcLMKMW計(jì)算土坡的穩(wěn)定平安系數(shù) PiiNiTiHiRiOWPi+ 1Hi+ 1bidi Pi= Pi- Pi+ 1iiNiTi Hi= Hi- Hi+ 1W對(duì)于均質(zhì)土坡 ABHABHE四. 簡(jiǎn)單條分法瑞典條分法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析* 忽略了條間力，所計(jì)算平安系數(shù)K值偏小； 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(shí)踐滑裂面有差別。普通情況下，普通情況下，K K偏小偏小10%10%左右工程運(yùn)用中偏于平安左右工程運(yùn)用中偏于平安* 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。瑞典簡(jiǎn)單條分法的討論

15、8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 畢肖普畢肖普A.W.Bishop1955年提出的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方年提出的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法法 。該方法可以思索條塊間的作用力，但不思索土條。該方法可以思索條塊間的作用力，但不思索土條間的豎向切向力，且規(guī)定了滑動(dòng)面上切向力的大小。間的豎向切向力，且規(guī)定了滑動(dòng)面上切向力的大小。五、畢肖普Bishop法為了改良條分法的精度，許多人都以為應(yīng)該思索土條間的作用力超靜定問題。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析ABHDH4.5HE 8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析最危險(xiǎn)滑弧位置確實(shí)定： 以上是對(duì)一個(gè)假設(shè)滑弧求得的穩(wěn)定平安以上是對(duì)一個(gè)假設(shè)滑弧求得的穩(wěn)定平安系數(shù)，為找到最危險(xiǎn)的滑弧，應(yīng)假設(shè)一系數(shù)，為找

16、到最危險(xiǎn)的滑弧，應(yīng)假設(shè)一系列滑弧經(jīng)過試算求得最小平安系數(shù)系列滑弧經(jīng)過試算求得最小平安系數(shù)1.費(fèi)倫紐斯確實(shí)定方法ABHEDH4 . 5 HABHEDH4.5Hk1O5O4O2O3O1ABHEDH4.5HO3O4O5k3k4k5k2k1ABHEDH4.5HO3O4O5k1k2k3k4k5ABHEDH4.5HO3O4O5k1k2k3k4k5kminO1O2ABHEDH4.5HO4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O51O61O41ABHEDH4.5HO41O4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51ABHEDH4.5HO41O4O5k1k2k

17、3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51kmin2BEO41O4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51kmin212ABH 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析ABHABHk2k3k4O1O3O5O4O2k1k5kmin土坡坡度（豎直:水平）坡角1:0.581:0.586060292940401:11:14545282837371:1.51:1.533334141262635351:21:226263434252535351:318182626252535351:41:414140202252537371:51:511111919252537371及2

18、的取值 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1980年，美國肯塔基州立大學(xué) 陳惠發(fā)根據(jù)大量計(jì)算閱歷指出，最危險(xiǎn)滑弧兩端距坡頂點(diǎn)和坡腳各為0.1n*H處，且最危險(xiǎn)滑弧中心位于fd線的垂直平分線上。亦可經(jīng)過試算法確定。D wJG AIA 111(c o s)s inininiiisiiiniiiiRtg Wc lMKMR Wr J 2.陳惠發(fā)的閱歷法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析一、土的抗剪強(qiáng)度目的及平安系數(shù)的選用8. 4 水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響從本質(zhì)上講，水的浸入將使土的抗剪強(qiáng)度目的降低、有效應(yīng)力減小，土體抗滑動(dòng)才干減小，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。 土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的恰中選取是影響土坡土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的恰中選取是影響土坡穩(wěn)定分析成果可靠性的主要要素。原那么穩(wěn)定分析成果可靠性的主要要素。原那么: (1)盡能夠采用有效應(yīng)力方法；盡能夠采用有效應(yīng)力方法；(2) 實(shí)驗(yàn)條件盡量符實(shí)驗(yàn)條件盡量符合土體的實(shí)踐受力和排水條件。合土體的實(shí)踐受力和排