巖土力學(xué)課件：第十章 土坡和地基的穩(wěn)定性

1、第十章土坡和地基的穩(wěn)定性110.1 概述10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性10.4 土坡穩(wěn)定性的影響因素10.5 地基的穩(wěn)定性第十章 土坡和地基的穩(wěn)定性2具有傾斜面的土體坡肩 坡頂坡面坡角坡趾坡高 10.1 概述3 土坡：具有傾斜面的土體1天然土坡 10.1 概述 江、河、湖、海岸坡41天然土坡 山、嶺、丘、崗、天然坡 10.1 概述52人工土坡 挖方：溝、渠、坑、池露天礦 10.1 概述62人工土坡 填方：堤、壩、路基、堆料 10.1 概述7堆石壩2人工土坡 10.1 概述8堤防2人工土坡 10.1 概述93、滑坡 Landslides1）什么是滑坡？一部分土體在外因作用

2、下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng) 10.1 概述10 2）滑坡-滑坡的形式 10.1 概述114、為什么會(huì)滑坡？降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤(rùn)線存在滲透力1) 振動(dòng)：地震、爆破3) 土中含水量和水位變化4) 水流沖刷：使坡腳變陡5) 凍融：凍脹力及融化含水量升高2) 人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口土體中剪應(yīng)力增加土體抗剪強(qiáng)度降低 10.1 概述12地震引發(fā)的滑坡 10.1 概述13暴雨與地震引發(fā)泥石流-菲律賓2006年2月17日菲律賓中東部萊特省因連日暴雨和南部地區(qū)里氏2.6級(jí)輕微地震，爆發(fā)泥石流致近3000人遇難 10.1 概述14云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡開挖 10.1 概述15

3、江岸崩塌滑坡滲流 10.1 概述16三峽庫區(qū)滑坡問題蓄水造成的滑坡2001年，重慶市云陽縣發(fā)生兩次大型滑坡，其中武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國務(wù)院撥款40億元用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理171989年1月8日 坡高103m。地質(zhì)：流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理，包括一個(gè)小型不連續(xù)面。事故導(dǎo)致電站廠房比計(jì)劃推遲一年，修復(fù)時(shí)安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。漫灣滑坡18滑坡后緣高程5520m19如何分析、判斷？無粘性土坡-相對(duì)簡(jiǎn)單粘性土坡-復(fù)雜2010.1 概述10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性10.4 土坡穩(wěn)定性的影響因素10.5 地基的穩(wěn)定性第十章 土坡和地基的穩(wěn)定性21破壞形式：表面淺層滑坡

4、強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角 考察一無限長(zhǎng)坡，坡角為，分析一微單元AAGNT 10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性22微單元A自重: G=V (由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消) GTfNAGNT沿坡的滑動(dòng)力:對(duì)坡面的正壓力:抗滑力:抗滑安全系數(shù)： 1、 無滲流的無限長(zhǎng)土坡 10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性23 2、無滲流的無限長(zhǎng)土坡討論當(dāng) =時(shí)，K=1.0，天然休止角可見安全系數(shù)與土重度無關(guān)與所選的微單元大小無關(guān)。 即坡內(nèi)任一點(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)K都相等 10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性24微單元A自重: G=V (由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消) GTfNAGNT+J沿坡的滑動(dòng)力:對(duì)坡面的正壓力:抗滑力:抗滑安

5、全系數(shù)： 3、有沿坡滲流的無限長(zhǎng)土坡 10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性25 4、 有沿坡滲流情況討論 與無滲流比較K減小近一倍注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時(shí)可能破壞 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 與重度有關(guān)GTNJ 10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性2610.1 概述10.2 無黏性土坡的穩(wěn)定性10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性10.4 土坡穩(wěn)定性的影響因素10.5 地基的穩(wěn)定性第十章 土坡和地基的穩(wěn)定性27強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：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。OR 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性28圓弧滑動(dòng)法由瑞

6、典工程師提出的。冰川沉積厚層軟粘土 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性29 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性30黏性土坡滑動(dòng)面與工程地質(zhì)條件相關(guān)，可能是折線；復(fù)合曲面，沿縱向也是曲面。對(duì)于圓弧滑動(dòng)面可以有三種形式：1、圓弧過坡腳,圖（10-4a）2、圓弧過坡面,圖（10-4b）3、圓弧過坡腳以外的某點(diǎn)，圖（10-4c） 1假設(shè)條件： 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)面上處于極限平衡狀態(tài)ORaG 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性312. 平衡條件（各力對(duì)O的力矩平衡）當(dāng)u=0（粘土不排水強(qiáng)度）時(shí)， 注：（其

7、中 是未知函數(shù)）(2) 抗滑力矩：ORaABCG(1) 滑動(dòng)力矩:(3) 安全系數(shù)：32 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性) 當(dāng)0時(shí)，n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到K的理論解) 其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，還必須計(jì)算若干組（O, R）找到最小安全系數(shù) 最可能滑動(dòng)面3) 適用于飽和粘土3. 討論33 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性4. 最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的確定（1）1)勻質(zhì)粘性土, =02)滑動(dòng)面過坡腳3)圓心O 由BO和CO的交點(diǎn)確定,BO線和CO線分別由2、1確定,其值查表10-1。34 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定

8、性4. 最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的確定（2）1)勻質(zhì)粘性土, 02)滑動(dòng)面過坡腳3)圓心O 由BO和CO的交點(diǎn)確定,BO線和CO線分別由2、1確定,其值查表10-1。4）在EO的延線上作圓心O1、O2，求出相應(yīng)圓弧的抗滑安全系數(shù)K1、K2,找出Kmin，對(duì)應(yīng)的圓心為O。5）復(fù)雜條件下，還需過O作EO的垂線，進(jìn)一步找出最小安全系數(shù)和最危險(xiǎn)的滑弧。35 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性5. 簡(jiǎn)化的圖表法穩(wěn)定數(shù)法1)已知c、，求土坡的極限高度h。2）已知c、h，求土坡的極限坡度。 或是一定安全系數(shù)條件下的坡高或坡度。 Ns：穩(wěn)定數(shù)36 10.3.1 整體圓弧滑動(dòng)法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)

9、定性1、一般原理注:無法求理論解，是 一個(gè)邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計(jì)算解決。一個(gè)簡(jiǎn)化解決方法是將滑動(dòng)土體分成條條分法。實(shí)際是一種離散化計(jì)算方法整體圓弧法 ：n是l (x,y)的函數(shù)AORCsbB-2-10123456737 10.3.2 瑞典條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性第i條土的作用力Ei+1Zi+1GiZiEiXi+1NiTfiXitiCORAibB-2-10123456738 10.3.2 瑞典條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性Gi是已知的作用在土條體底部的力與作用點(diǎn)：Ni Tfi ti 共3n個(gè)作用在條間上的力及作用點(diǎn)： Ei Xi Zi 共3(n-1)個(gè) (兩端邊界是已知的)假設(shè)總體

10、安全系數(shù)為K(且每條K都相等) K 共1個(gè)未知數(shù)合計(jì)=3n+3(n-1)+1=6n-2n條土條的未知量數(shù)目Ei+1Zi+1GiZiEiXi+1NiTfiXitilihi39 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性 10.3.2 瑞典條分法各條：水平向靜力平衡條件： x=0 共n個(gè)垂直向靜力平衡條件： z=0 共n個(gè)力矩平衡條件： M0=0 共n個(gè)n個(gè)土條底面上滿足極限平衡條件：共n個(gè)整體力矩平衡 1個(gè)求解條件共4n1個(gè)40 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性 10.3.2 瑞典條分法由于未知數(shù)為6n-2個(gè)求解條件為4n1個(gè)二者相差(2n-3)因而出現(xiàn)了不同的假設(shè)條件，對(duì)應(yīng)不同計(jì)算方法整體圓弧法：n=1, 6n-2

11、=4個(gè)未知數(shù)，4個(gè)方程簡(jiǎn)單(瑞典)條分法：Ei=Xi=Zi=0, ti=li/2 共2（n+1）個(gè)未知數(shù)其他方法：假設(shè)力作用點(diǎn)位置、條間力的假設(shè)41 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性 10.3.2 瑞典條分法基本假設(shè)：滑動(dòng)面為圓柱面滑動(dòng)土體為剛體不計(jì)土條兩側(cè)面上的作用力 n+1個(gè)未知數(shù)，n+1個(gè)方程42 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性 10.3.2 瑞典條分法2、瑞典條分法基本方程和未知數(shù)： n+1個(gè)未知數(shù)n+1個(gè)方程43 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性 10.3.2 瑞典條分法GihiNiTfibi 當(dāng)采用有效應(yīng)力法計(jì)算時(shí)，采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，法向應(yīng)力中要考慮孔隙水壓力影響。 假設(shè)滑裂面為圓弧 不忽略條

12、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z方向（豎直）上靜力平衡 總體對(duì)圓心O力矩平衡DEi 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(shí)際上條件不夠：缺 Xi，共(n-1)個(gè)條件設(shè)Xi=0則條件夠了簡(jiǎn)化Bishop法，忽略條間切向力 1、 畢肖普條分法基本假設(shè)44 10.3.3 畢肖普條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性 CORAibBixiTfiNiGiEiEi+1Xi+1XiEi=Ei Ei1X=Xi Xi1GiNi+uliTfi=(cili +Nitan)/Kiiuli45 10.3.3 畢肖普條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性求解條件平衡條件：2n+1未知數(shù)

13、：6n-21）由于法向力平衡 Ei(Ei) 不出現(xiàn) （n-1）2）不計(jì)各條力矩平衡 ti 及 Zi （2n-1）3) 假設(shè) Xi=0（不計(jì)條間切向力） (n-1)2、畢肖普條分法計(jì)算46 10.3.3 畢肖普條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)公式ORCibBixiTfiNi+uiliGiEiEi+1Xi+1Xi其中：47 10.3.3 畢肖普條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性畢肖甫法計(jì)算步驟圓心O，半徑R設(shè) K=1.0計(jì)算 miYESK最小END計(jì)算NoYESNoK=KKK=K-K,重新計(jì)算，直到K-K，此為 K的第一次近似值。(2)將K代入平衡條件，求得Tfi，Ei，Xi，和Xi (

14、3)用Xi重復(fù)步驟1，求得K的第二次近似值K”， 使得” 注意：某些情況下計(jì)算結(jié)果可能不收斂52 10.3.5 楊布條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)公式計(jì)算比較繁雜sec2iK= cb+(Gi+Xi)tgi(Gi+Xi)tg i1+tgitgi/K1/mi53 10.3.5 楊布條分法 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性見教科書271頁54 10.3.7 各種方法的比較 10.3 黏性土坡的穩(wěn)定性 幾種分析計(jì)算方法的總結(jié) 土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的恰當(dāng)選取是影響土坡穩(wěn)定分析成果可靠性的主要因素。原則: 試驗(yàn)條件盡量符合土體的實(shí)際受力和 排水條件。 表10-4安全系數(shù)：表10-5 56 10.4.1 土坡抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及穩(wěn)定安全系數(shù)的選擇 10.4 土坡穩(wěn)定性的影響因素CORAibBixiTfiNiGiAZPwh0Z裂縫產(chǎn)生影響:1、滑坡長(zhǎng)度減少 AA。2、靜水壓力Pw，滑動(dòng)力矩增大Pw z57 10.4.2 頂坡開裂時(shí)的土坡穩(wěn)定性 10.4 土坡穩(wěn)定性的影響