第七章-土坡穩(wěn)定分析-PPT課件

1、土坡穩(wěn)定分析Stability analysis of soil slopes具有傾斜面的土體坡肩 坡頂坡面坡角坡趾坡高第1節(jié) 概述第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析第3節(jié) 粘性土土坡的穩(wěn)定分析第4節(jié) 總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法第5節(jié) 工程實(shí)際中的邊坡穩(wěn)定問題土坡穩(wěn)定分析1 為什么會(huì)發(fā)生邊坡失穩(wěn)？2 如何分析邊坡穩(wěn)定性？3 如何防治、治理？一. 土坡：具有傾斜面的土體1天然土坡第1節(jié) 概述 江、河、湖、海岸坡一. 土坡：具有傾斜面的土體1天然土坡 山、嶺、丘、崗、天然坡第1節(jié) 概述一、土坡：具有傾斜面的土體2人工土坡 挖方：溝、渠、坑、池露天礦第1節(jié) 概述一、土坡：具有傾斜面的土體2人工土坡 填方：堤、

2、壩、路基、堆料第1節(jié) 概述堆石壩2人工 土坡第1節(jié) 概述堤防2人工土坡第1節(jié) 概述二. 滑坡 Landslides什么是滑坡？為什么會(huì)滑坡？一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)第1節(jié) 概述1、滑坡的形式第1節(jié) 概述二. 滑坡2造成滑坡的原因降雨、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、隧洞出入口第1節(jié) 概述地震引發(fā)的滑坡暴雨與地震引發(fā)泥石流-菲律賓2019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3

3、000人遇難云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡開挖 江岸崩塌滑坡滲流三峽庫區(qū)滑坡問題蓄水造成的滑坡2019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1989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。漫灣滑坡壩體內(nèi)浸潤(rùn)線太高楔形槽西藏易貢巨型滑坡西藏易貢巨型滑坡時(shí)間：2000年4月9日規(guī)模：坡高3330 m, 堆積體2500m、寬約 2500m，總方量=280-300106 m3天然壩：壩高=290 m, 庫容=1534 106 m3地質(zhì)

4、：風(fēng)化殘積土。險(xiǎn)情：湖水以每日0.5 m速度上升?；潞缶壐叱?520m城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方1 概述香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷)Po Shan RoadConduit RoadNotewell Road如何分析、判斷？無粘性土坡-相對(duì)簡(jiǎn)單粘性土坡-復(fù)雜安全系數(shù)的定義 土坡沿著某一滑裂面的安全系數(shù)Fs是這樣定義的，將土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c/Fs, tan/Fs , 則土體沿著此滑裂面處處達(dá)到極限平衡，即抗滑強(qiáng)度按下式計(jì)算時(shí)，滑裂面上處處達(dá)到極限平衡： =ce+ tanece =

5、c/Fs；tane = tan/Fs亦即：極限平衡方程：第二節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑坡強(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AAWNT一. 無滲流的無限長(zhǎng)土坡微單元A自重: W=V沿坡滑動(dòng)力：對(duì)坡面壓力： (由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消) 抗滑力： 抗滑安全系數(shù)： WRNAWNT第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析無滲流的無限長(zhǎng)土坡討論當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)s=1.0，天然休止角可見安全系數(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(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)Fs都相等思考題 在干坡及靜水下坡中， 如不變，F(xiàn)s有什么變化第2節(jié) 無粘性土

6、土坡的穩(wěn)定分析二. 有沿坡滲流情況(3) 抗滑力： (2) 滑動(dòng)力：1沿坡滲流無限長(zhǎng)砂土坡安全系數(shù)(4) 安全系數(shù)： (1)取微單元A的土骨架為隔離體 作用力自重：滲透力：底面支撐力N，底面抗滑力RWRNJAlh第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析二. 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(shí)可能破壞2. 討 論 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 與容重有關(guān)WRNJ第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析三. 部分浸水無粘性土坡1、部分浸水無粘性土坡與干坡、完全水下坡相比，安全性如何變化？坡面的穩(wěn)定性相同深層滑動(dòng)的可能性大水位B CD12EA第2節(jié) 無粘性

7、土土坡的穩(wěn)定分析三. 部分浸水無粘性土坡力平衡法（極限平衡法的一種）：只考慮主矢等于零，不考慮力矩平衡。 假設(shè)安全系數(shù)為Fs，土體沿滑裂面AD、DC滑動(dòng)（極限平衡），考慮兩個(gè)方向的力平衡： Fx= 0; Fy = 0未知量有三個(gè)：N1、 N2 、Fs超靜定問題B CDAR1N1R2N2W水位第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析三. 部分浸水無粘性土坡 將滑動(dòng)土體從折點(diǎn)處豎直分成兩塊，有四個(gè)平衡方程： Fxi= 0; Fyi = 0， i=1,2未知量有五個(gè)N1、 N2 、Fs 、P1， 仍為超靜定。需要引入假定，如 假定P1平行DCB CDAET1N1T2N2W B CDAER1N1R2N2W2W1

8、P1第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析三. 部分浸水無粘性土坡分析BCDE塊的平衡： P1 +T1/FsW1sin 1 =0 P1= W1sin 1(W1cos1 tg1)/Fs 1為水位以上土的內(nèi)摩擦角。分析EDA沿AD的滑動(dòng)穩(wěn)定性： 將P1、W2沿AD分解為切向力和法向力，算出滑動(dòng)力與抗滑力，則設(shè)沿CD和AD的安全系數(shù)相等： Fs =抗滑力/滑動(dòng)力N1 B CDAET1T2N2W2W1P11第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析2第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析三. 部分浸水無粘性土坡N1 B CDAET1T2N2W2W1P112 2為水位以下土的內(nèi)摩擦角。 代入P 1 ，解出安全系數(shù)。 AD、CD是任

9、意假定的，必須假定各種不同水位、各種折角1、 2進(jìn)行許多個(gè)滑動(dòng)面計(jì)算，以確定最危險(xiǎn)水位和最不利滑動(dòng)面位置，得到最小安全系數(shù)，才是邊坡真正的穩(wěn)定安全系數(shù)。計(jì)算量很大。四. 無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)滑動(dòng)面的影響無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)使滑動(dòng)面發(fā)生在一定深度處，而非表面五. 無粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié)破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長(zhǎng)坡國際滑坡會(huì)議網(wǎng)址landslide.iwhr第2節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析五. 無粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié)破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長(zhǎng)坡國際滑坡會(huì)議網(wǎng)址landslide.iwhrWRNJAlhN1 B CDAET1T2N2W2W1P11第2節(jié)

10、 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析3 粘性土坡的穩(wěn)定分析強(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。3 粘性土坡的穩(wěn)定分析OR3 粘性土坡的穩(wěn)定分析1 瑞典圓弧法2 瑞典條分法3 簡(jiǎn)化Bishop條分法4 普遍條分法(Janbu法)3 粘性土坡的穩(wěn)定分析OR思考題：為什么粘性土坡通常不會(huì)發(fā)生表面滑動(dòng)？圓弧滑動(dòng)法由瑞典工程師提出的。冰川沉積厚層軟粘土3 粘性土坡-瑞典圓弧法二、整體圓弧法(瑞典圓弧法)二、整體圓弧法(瑞典圓弧法)(一) 分析計(jì)算方法 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

11、于極限平衡狀態(tài)ORdW3 粘性土坡-瑞典圓弧法（一）分析計(jì)算方法 2. 平衡條件（各力對(duì)O的力矩平衡）(1) 滑動(dòng)力矩：(3) 安全系數(shù)：當(dāng)=0（粘土不排水強(qiáng)度）時(shí)， 注：（其中 是未知函數(shù)）(2) 抗滑力矩：ORdCBAW二、整體圓弧法(瑞典圓弧法)3 粘性土坡-瑞典圓弧法. 當(dāng)0時(shí)，n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到Fs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. 適用于飽和粘土二、整體圓弧法(瑞典圓弧法)-討論3 粘性土坡-瑞典圓弧法二、條分法的基本原理及分析1原理注:無法求理論解，是 一個(gè)邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計(jì)算解決。一個(gè)簡(jiǎn)化

12、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-2-1012345673 粘性土坡-條分法基本原理2. 條分法中的求解條件第i條土的作用力Pi+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti3 粘性土坡-條分法基本原理AORCsbB-2-101234567Wi是已知的作用在土條體底部的力與作用點(diǎn)：Ni Ti ti 共3n個(gè)作用在條間上的力及作用點(diǎn)： Pi Hi hi 共3(n-1)個(gè) (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) Fs 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Pi+

13、1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti2. 條分法中的求解條件3 粘性土坡-條分法基本原理各條：水平向靜力平衡條件： x=0 共n個(gè)垂直向靜力平衡條件： y=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)2. 條分法中的求解條件平衡方程3 粘性土坡-條分法基本原理由于未知數(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=4個(gè)未知數(shù)，4個(gè)方程簡(jiǎn)單(瑞典)條分法：Pi=Hi=hi=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)

14、位置、條間力的假設(shè)2. 條分法中的求解條件討論3 粘性土坡-條分法基本原理三. 簡(jiǎn)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(jì)減去4n-3未知數(shù) 未知數(shù)為2n+1AORCibBidiTiNiWi3 粘性土坡-瑞典條分法2. 安全系數(shù)計(jì)算 Ni方向靜力平衡(n個(gè))求解方程(2n+1)個(gè) 滑動(dòng)面上極限平衡(n個(gè)) 總體對(duì)圓心O的力矩平衡 (1個(gè))AORCibBidiTiNiWi3 粘性土坡-瑞典條分法滑動(dòng)力矩=抗滑力矩WiTiNii3. 簡(jiǎn)單條分法計(jì)算步驟圓心O，半徑R (如圖)分條：b=R/10編號(hào)：過圓心垂線為0條中線列表計(jì)算 l

15、i Wi i變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCsbB-2-101234567WiTiNii4. 瑞典簡(jiǎn)單條分法的討論* 由于忽略條間力，有4n1個(gè)平衡條件。實(shí)際用2n+1個(gè)， 有些平衡條件不能滿足 忽略了條間力，所計(jì)算安全系數(shù)Fs偏小，越大(條間力的抗滑作用越大),Fs越偏小 假設(shè)圓弧滑裂面，與實(shí)際滑裂面有差別一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全3 粘性土坡-瑞典條分法四、畢肖甫(Bishop)法 AORCibBidiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hi3 粘性土坡-畢肖甫條分法Pi=Pi Pi1H=Hi Hi1WiNiTi=(cili +Nitan)/Fsii1. 原理與特

16、點(diǎn) 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(duì)圓心O力矩平衡DPi 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 Hi，共(n-1)個(gè)條件設(shè)Hi=0則條件夠了簡(jiǎn)化Bishop法，忽略條間切向力3 粘性土坡-畢肖甫條分法求解條件平衡條件：2n+1未知數(shù)：6n-21）由于法向力平衡 Pi(Pi) 不出現(xiàn) （n-1）2）不計(jì)各條力矩平衡 ti 及 hi （2n-1）3) 假設(shè) Hi=0（不計(jì)條間切向力） (n-1)3 粘性土坡的穩(wěn)定分析2安全系數(shù)公式其中3 粘性土坡的穩(wěn)定分析ORCibBidiTiNi

17、WiPiPi+1Hi+1Hi3 畢肖甫法計(jì)算步驟圓心O，半徑R設(shè) Fs=1.0計(jì)算 mqiYESFs最小END計(jì)算NoYESNo五. 普遍條分法 (簡(jiǎn)布 Janbu法)3 粘性土坡的穩(wěn)定分析AORCibBidiTiNiWiWihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXih假定條塊間水平作用力的位置五. 普遍條分法(簡(jiǎn)布 Janbu法)3 粘性土坡的穩(wěn)定分析2345678910111P0=0P11=0Pi=Pi Pi-1Hi=Hi Hi-1WiNiTi=(cili +Nitan)/FsiiP1 = P1P2 = P1 + P2 = P1 + P2 Pi =Pi (i=1,j)Pn =Pi =

18、 0 (i=1,n)2安全系數(shù)公式計(jì)算比較繁雜sec2 iFs = cilicosi+(wi+Hi)tgi(wi+Hi)tg i1+tg itgi/Fs3 粘性土坡的穩(wěn)定分析五. 普遍條分法(簡(jiǎn)布 Janbu法)3 粘性土坡的穩(wěn)定分析WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHiXihPi=Pi+1 -PiH=Hi+1 -HiWiNiTi=(cili +Nitan)/Fsii對(duì)O點(diǎn)的力矩平衡求Hi 和Pi的關(guān)系五. 普遍條分法(簡(jiǎn)布 Janbu法)O1特點(diǎn)(1) 任意形式滑裂面，不一定圓弧(2) 滿足各條X、Z靜力平衡滿足各條力矩平衡滿足整體力矩平衡3 粘性土坡的穩(wěn)定分析五. 普遍條分法(簡(jiǎn)布 Janbu法)六. 幾種分析計(jì)算方法的總結(jié)3 粘性土坡的穩(wěn)定分析條分法小節(jié)AORCibBidiTiNiWi瑞典條分法Pi=Pi Pi1H=Hi Hi1Wi NiTi=(cili +Nitan)/FsiiAORCibBidiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hi畢肖普條分法簡(jiǎn)布條分法3 粘性土坡的穩(wěn)定分析4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法土體的抗剪強(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: (1)盡可能采用有效應(yīng)力方法；(2) 試驗(yàn)條件盡量符合土體的實(shí)際受力和排水條件。4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強(qiáng)度