邊坡穩(wěn)定性分析方法

1、第第2 2章章 邊坡治理基本理論邊坡治理基本理論及穩(wěn)定性分析及穩(wěn)定性分析 2.12.1概述概述 邊坡處治，首先要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。邊坡穩(wěn)定分析的方法很多，目前在工程中廣為應(yīng)用的是傳統(tǒng)的極限平衡理論極限平衡理論。近年來(lái)，基于不同的力學(xué)模型而建立起來(lái)的各種數(shù)值分析計(jì)算方法也越來(lái)越受到工程界的重視。2.1.1 邊坡穩(wěn)定性概念邊坡穩(wěn)定性概念 一般說(shuō)來(lái)，如果邊坡土(巖)體內(nèi)部某一個(gè)面上的滑動(dòng)力超過(guò)了土(巖)體抵抗滑動(dòng)的能力，邊坡將產(chǎn)生滑動(dòng)，即失去穩(wěn)定；如果滑動(dòng)力小于抵抗力，則認(rèn)為邊坡是穩(wěn)定的。 在工程設(shè)計(jì)中，判斷邊坡穩(wěn)定性的大小習(xí)慣上采用邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)來(lái)衡量。 Bishop認(rèn)為土坡穩(wěn)定安全系數(shù)為： n邊

2、坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs沿整個(gè)滑裂面上的平均剪應(yīng)力Fr沿整個(gè)滑裂面上的平均抗剪強(qiáng)度關(guān)鍵如何尋求滑裂面，如何尋求滑裂面上的平均抗剪強(qiáng)度和平均剪應(yīng)力。 rsFFn 在工程建設(shè)中，常見(jiàn)的邊坡滑動(dòng)有兩種類型。一種是天然邊坡由于原來(lái)的地質(zhì)條件改變而產(chǎn)生的滑坡，通常用地質(zhì)條件對(duì)比法來(lái)衡量其穩(wěn)定的程度；另一種是由于工程建設(shè)需要而人工開(kāi)挖或填筑形成的人工邊坡，由于坡度較陡，或由于改變了邊坡體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，使局部的剪切破壞發(fā)展成一條連貫的剪切破壞面，邊坡的穩(wěn)定平衡狀態(tài)遭到破壞而產(chǎn)生滑坡。 邊坡滑動(dòng)面形狀 平面 直線 曲面 曲線 折線1、多層土體驗(yàn)算數(shù)據(jù)的確定h1c1h2 c2h3 c3C =C1h1+c2h2+c3

3、h3+邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算的計(jì)算參數(shù) 2、邊坡坡度的取值 平均坡度法 連線法2.1.3 邊坡穩(wěn)定性分析基本理論邊坡穩(wěn)定性分析基本理論 邊坡穩(wěn)定分析的方法較多，歸為兩大類，即以極限平衡理論極限平衡理論為為基礎(chǔ)的條分法條分法和以彈塑性理論為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算方法數(shù)值計(jì)算方法。 條分法的基本思路是：假定邊坡的巖土體坡壞是由于邊坡內(nèi)產(chǎn)生了滑動(dòng)面滑動(dòng)面，部分坡體沿滑動(dòng)面滑動(dòng)造成的?；瑒?dòng)面上的坡體服從破壞條件。假設(shè)滑動(dòng)面已知，通過(guò)考慮滑動(dòng)面形成的隔離體的靜力平衡靜力平衡，確定沿滑面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載，或者說(shuō)判斷滑動(dòng)面上的滑體的穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定程度。 2.2 巖石邊坡單平面滑動(dòng)巖石邊坡單平面滑動(dòng)單平面滑動(dòng)具備條件：?jiǎn)?/p>

4、平面滑動(dòng)具備條件：滑動(dòng)面走向與邊坡走向平行或近似平行滑動(dòng)面走向與邊坡走向平行或近似平行滑動(dòng)面在坡面上出露，滑面傾角滑動(dòng)面在坡面上出露，滑面傾角小于坡面角小于坡面角，大于滑，大于滑面內(nèi)摩擦角面內(nèi)摩擦角滑體兩側(cè)有割隙面，其對(duì)滑體的阻力很小，可忽略不計(jì)滑體兩側(cè)有割隙面，其對(duì)滑體的阻力很小，可忽略不計(jì)滑動(dòng)面上的抗滑力滑動(dòng)面上的抗滑力 Fs=Gcostgj+CjL 滑動(dòng)力滑動(dòng)力FrGsin穩(wěn)定性系數(shù)穩(wěn)定性系數(shù)2.2.1 僅有重力作用時(shí)僅有重力作用時(shí)sincosGLCtgGFFnjjrs滑動(dòng)體極限高度滑動(dòng)體極限高度Hcr為為)sin(sinsin2gHCtgtgnjj)sin()sin(cossin2jj

5、jcrgCH當(dāng)Cj=0，j時(shí)，n1，Hcr=0tgtgnj忽略滑動(dòng)面上內(nèi)聚力忽略滑動(dòng)面上內(nèi)聚力(Cj=0)時(shí)時(shí)2.2.2 其他情況（水壓、地震和加固）其他情況（水壓、地震和加固）基本假設(shè)基本假設(shè)u滑動(dòng)面、張裂隙走向均與坡面走向平行滑動(dòng)面、張裂隙走向均與坡面走向平行u張裂隙是垂直的，深度為張裂隙是垂直的，深度為Z，充水深度為，充水深度為Zwu張裂隙充水，而巖體本身不透水，水自垂直張裂隙張裂隙充水，而巖體本身不透水，水自垂直張裂隙滲入，流經(jīng)滑面從坡腳溢出，滲入，流經(jīng)滑面從坡腳溢出，水壓水壓沿裂隙呈線性分布沿裂隙呈線性分布u滑體自重滑體自重W，沿滑面滲流水的，沿滑面滲流水的浮托力浮托力Ff和張裂隙中

6、和張裂隙中的水壓力的水壓力Pw均作用在滑體的重心（沒(méi)有轉(zhuǎn)矩作用）均作用在滑體的重心（沒(méi)有轉(zhuǎn)矩作用）u滑體受滑體受爆破震動(dòng)爆破震動(dòng)的附加力等效水平力的附加力等效水平力F=KaW作用，作用，作用點(diǎn)也是滑體重心作用點(diǎn)也是滑體重心u滑面的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)聚力滑面的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角和內(nèi)摩擦角確定，并遵確定，并遵循庫(kù)倫定律循庫(kù)倫定律=C+tan錨固力錨固力爆破震動(dòng)力爆破震動(dòng)力滑體重力滑體重力滑面浮托力滑面浮托力裂隙水推力裂隙水推力 邊坡巖體ABCD能否沿滑面ADC發(fā)生滑動(dòng)，取決于巖體沿ADC的下滑力和抗滑力的大小?？蓪⒏髁Ψ纸鉃榇怪贝怪焙推叫衅叫杏诨鍭D的分力（分別以下標(biāo)v和p代表）。1.張裂隙

7、中水的推力張裂隙中水的推力總推力：總推力：垂直于滑面的推力：垂直于滑面的推力：平行于滑面的推力：平行于滑面的推力：221wwwZPsinwwvPPcoswwpPP2.滑動(dòng)面上的浮托力滑動(dòng)面上的浮托力 因水從張裂隙進(jìn)入滑動(dòng)面，并在滑動(dòng)面出露處流出，即設(shè)地下水在出露處壓力為零，滑動(dòng)面上水壓力呈三角形分布。由于浮托力為靜水壓力，故其沿滑面平行方向分力為零。浮托力浮托力：wwfvfZHZFFsin213.滑動(dòng)體重力滑動(dòng)體重力垂直于滑面的分力垂直于滑面的分力：Wv=Wcos平行于滑面的分力平行于滑面的分力：Wp=Wsin4.爆破震動(dòng)力爆破震動(dòng)力垂直于滑面的分力垂直于滑面的分力：Fv=Fsin 平行于滑面

8、的分力平行于滑面的分力：Fp=FcosF=KaW5.錨固力錨固力垂直于滑面的分力：Fmv=Fmsin(+)平行于滑面的分力：Fmv=Fmcos(+)式中， 錨桿錨固力方向與水平面的夾角。6.滑動(dòng)面上總的內(nèi)聚力滑動(dòng)面上總的內(nèi)聚力滑面上總的內(nèi)聚力（平行于滑面）：CL式中，L滑面的總長(zhǎng)度。阻止巖體ABCD向下滑動(dòng)的抗滑力Fs為：CLFWKFPWFmafwstansinsinsincos促使巖體ABCD向下滑動(dòng)的下滑力Fr為：coscoscossinmawrFWKPWF邊坡安全系數(shù)n為：rsFFn 如果上式計(jì)算的安全系數(shù)過(guò)大，說(shuō)明過(guò)分安全，邊坡開(kāi)挖會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的不合理，可以采取如下措施：邊坡角不變，適

9、當(dāng)增加邊坡高度邊坡高度不變，適當(dāng)提高邊坡角 令邊坡處于極限平衡狀態(tài)（n=1)，可以得到滑體重量W的值。再根據(jù)滑體重量的幾何表達(dá)式，算出極限狀態(tài)下的邊坡角和邊坡高度。還可以分別得到在邊坡角不變的情況下的極限邊坡高度和邊坡高度不變的情況下的極限邊坡角。極限平衡法-條分法qwABCD一些常見(jiàn)的條分法方法力平衡力矩平衡xy瑞典法否否是簡(jiǎn)化Bishop法是否是簡(jiǎn)化Janbu法是是否陸軍工程師團(tuán)法是是否Lowe法是是否余推力法是是否廣義Janbu法是是否嚴(yán)格Bishop法是是是Spencer法是是是Morgenstern-Price是是是一些常見(jiàn)的條分法所采用的假定 瑞典法（Fellenius法)：忽略所有的條間力，滑體和條塊都不滿足力平衡，僅適用于圓弧滑面 簡(jiǎn)化Bishop法：假定所有的條間剪力為零，這樣就減少了n 1個(gè)未知數(shù)，還剩4n 1 個(gè)未知數(shù)，導(dǎo)致問(wèn)題超定，即方程數(shù)比未知數(shù)多1，從而有一個(gè)條塊水平方向的力不平衡。僅適用于圓弧滑面穩(wěn)定性分析的任務(wù)包括兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程，包括兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程，臨界滑動(dòng)面的搜索臨界滑動(dòng)面的搜索及其安全系數(shù)的確定，所謂臨界滑面就是指安及其安全系數(shù)的確定，所謂臨界滑面