第六章土坡穩(wěn)定分析

第二章土坡穩(wěn)定分析

Stabilityanalysisofsoilslopes坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高具有傾斜面的土體1概述2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析3粘性土土坡的穩(wěn)定分析4

總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法5工程實(shí)際中的邊坡穩(wěn)定問題第二章土坡穩(wěn)定分析作業(yè)：7-3一.土坡：具有傾斜面的土體1．天然土坡1概述江、河、湖、海岸坡一.土坡：具有傾斜面的土體1．天然土坡貴州洪家渡山、嶺、丘、崗、天然坡1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1概述一、土坡：具有傾斜面的土體2．人工土坡¤填方：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩1概述天生橋一級面板堆石壩二.滑坡什么是滑坡？

為什么會滑坡？1概述一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動二.滑坡1．滑坡的危害：

滑坡是重大自然災(zāi)害：土、巖 我國是滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國家1概述二.滑坡-滑坡的形式1概述(1)土坡作用力發(fā)生變化(2)土抗剪強(qiáng)度的降低二.滑坡2．造成滑坡的原因

降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤線存在滲透力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1概述土坡作用力發(fā)生變化;土抗剪強(qiáng)度的降低;靜水力的作用紫坪鋪水庫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－蓄水2001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79人死亡。國務(wù)院已經(jīng)決定撥款40億元，用于三峽，庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理。僅重慶就有150多個治理工程。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，還包括一個小型不連續(xù)面。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)力錨索。 漫灣滑坡壩體內(nèi)浸潤線太高溝后面板堆石壩赴糯扎渡工地公路邊滑坡西藏易貢巨型滑坡時間：2000年4月9日規(guī)模：坡高3330m,堆積體2500m、寬約2500m，總方量=280-300×106m3天然壩：壩高=290m,庫容=1534×106m3地質(zhì)：風(fēng)化殘積土。險情：湖水以每日0.5m速度上升。楔形槽滑坡后緣高程5520m易貢滑坡堰塞湖滑坡堆積區(qū)扎木弄溝易貢巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意圖5520m2264m2210m2165m2340m易貢茶廠高程（m）滑距（m）滑坡堆積體2210m易貢藏布2264m553022004000080004000易貢巨型高速滑坡剖面示意圖200060002340m扎木弄溝滑坡堰塞湖—易貢湖湖水每天上漲50cm！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1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20傷)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoadEarly1972滑坡前June1972滑坡后影響土坡穩(wěn)定的因素（1）土坡坡度；（2）土坡高度；（3）土的性質(zhì)；（4）氣象條件；（5）地下水的滲流；（6）地震。如何分析、判斷？

無粘性土坡-簡單

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)F是這樣定義的，將土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c’/F,tan’/F,則土體沿著此滑裂面處處達(dá)到極限平衡，即=c’e+’e

tan’ec’e=c’/Ftan’e=tan’/F2

無粘性土土坡的穩(wěn)定分析2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坡，坡角為分析一微單元AWTNaA一.無滲流的無限長土坡1）微單元A自重:

W=V2)沿坡滑動力：3)對坡面壓力：(由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消)

4）抗滑力：5)抗滑安全系數(shù)：2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析RNWNWTAaWRNlh無滲流的無限長土坡討論當(dāng)=時，F(xiàn)s=1.0，天然休止角2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析可見安全系數(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有什么變化二.有沿坡滲流情況(3)抗滑力：

(2)滑動力：2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析2．沿坡滲流無限長砂土坡安全系數(shù)(4)抗滑安全系數(shù)：滲透力平行坡面(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RNWTAaWRNlhJRNWJ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3.討論2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析

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)aWTNAlh三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析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)定性相同深層滑動的可能性大BA水位BCDA水位12E三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析土體滑動，考慮兩個方向的力平衡Fx=0;Fy=0未知量有三個N1、

N2、Fs超靜定BCDAT1N1T2N2W三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析將滑動土體分成兩塊，有四個平衡方程Fxi=0;Fyi=0，i=1,2未知量有五個N1、

N2、Fs、P1，

需要引入假定BCDAET1N1T2N2WBCDAET1N1T2N2W2W1P1三.部分浸水無粘性土坡2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析分析BCDE塊的平衡P1=W1sin1—(W1cos1tg)/Fs分析EDA塊的平衡,滑動力與抗滑力Fs=抗滑力/滑動力需要迭代N1BCDAET1T2N2W2W1P11四.無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)對滑動面的影響2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)使滑動面發(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：考慮為無限長坡§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：危險滑裂面位置在土坡深處，對于均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動面可用一圓?。▓A柱面）近似。3粘性土坡的穩(wěn)定分析OR§3粘性土坡的穩(wěn)定分析1瑞典圓弧法2瑞典條分法3簡化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發(fā)生表面滑動？廣泛使用的圓弧滑動法最初是由瑞典工程師提出的。冰川沉積厚層軟粘土3粘性土坡的穩(wěn)定分析二、整體圓弧法（瑞典圓弧法）二、整體圓弧法（瑞典圓弧法）（一）分析計算方法1．假設(shè)條件：3粘性土坡的穩(wěn)定分析均質(zhì)土二維圓弧滑動面滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動在滑動面上處于極限平衡狀態(tài)ORdW二、整體圓弧法（瑞典圓弧法）（一）分析計算方法2.平衡條件（各力對O的力矩平衡）(1)滑動力矩：(3)安全系數(shù)：當(dāng)=0（粘土不排水強(qiáng)度）時，注：（其中是未知函數(shù)）(2)抗滑力矩：3粘性土坡的穩(wěn)定分析ORdCBAW（二）討論.當(dāng)0時，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，還必須計算若干組（O,R）找到最小安全系數(shù)———最可能滑動面3粘性土坡的穩(wěn)定分析3.適用于飽和粘土二、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。實(shí)際是一種離散化計算方法整體圓弧法：n是l(x,y)的函數(shù)3粘性土坡的穩(wěn)定分析AORCsbB-2-1012345672.條分法中的和求解條件第i條土的作用力3粘性土坡的穩(wěn)定分析WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi2．條分法中的力和求解條件Wi是已知的作用在土條體底部的力與作用點(diǎn)：NiTiti共3n個作用在邊界上的力及作用點(diǎn)：

PiHihi共3(n-1)個（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個未知數(shù)合計=3n+3(n-1)+1=6n-23粘性土坡的穩(wěn)定分析共n條土的未知量數(shù)目WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi(2)力平衡條件（求解條件）各條：水平向靜力平衡條件：

x=0 共n個垂直向靜力平衡條件：

y=0共n個力矩平衡條件：

M0=0共n個在n個滑動面上各條處于極限平衡條件：共n個求解條件共4n個3粘性土坡的穩(wěn)定分析（3）討論由于未知數(shù)為6n-2個

求解條件為4n個 二者相差(2n-2)因而出現(xiàn)了不同的假設(shè)條件，對應(yīng)不同計算方法整體圓弧法：n=1, 6n-2=4個未知數(shù)，4個方程簡單(瑞典)條分法：Pi=Hi=hi=0,ti=li/2共2（n+1）個未知數(shù)其他方法： 大多是假設(shè)力作用點(diǎn)位置或忽略一些條間力3粘性土坡的穩(wěn)定分析三.簡單條分法（瑞典條分法）1．基本原理：忽略了所有條間作用力，即： Pi=Hi=hi=0 3n-3ti=li/2

n共計減去4n-3未知數(shù)

未知數(shù)為2n+13粘性土坡的穩(wěn)定分析AORCibBidiTiNiWi2.安全系數(shù)計算

Ni方向靜力平衡（n個）求解方程（2n+1）個

滑動面上極限平衡（n個）總體對圓心的力矩平衡滑動力矩=抗滑力矩（1個）3粘性土坡的穩(wěn)定分析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liWii變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCsbB-2-1012345674.瑞典簡單條分法的討論*由于忽略條間力，有4n個平衡條件。實(shí)際用2n+1個，有些平衡條件不能滿足3粘性土坡的穩(wěn)定分析

忽略了條間力，所計算安全系數(shù)Fs偏小，假設(shè)圓弧滑裂面，使Fs偏大，最終結(jié)果是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)用中偏于安全四、畢肖甫（Bishop）法3粘性土坡的穩(wěn)定分析1.原理與特點(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)個條件設(shè)Hi=0則條件夠了——簡化Bishop法，忽略條間切向力）3粘性土坡的穩(wěn)定分析求解條件平衡條件：2n+1未知數(shù)：6n-21）由于豎向力平衡Pi(Pi)不出現(xiàn)—（n-1）2）不計各條力矩平衡ti及hi—（2n-1）3)假設(shè)Hi=0（不計條間切向力）—(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3.

畢肖甫法計算步驟圓心O，半徑R設(shè)Fs=1.0計算mqiYESFs最小END計算NoYESNo五.普遍條分法（簡布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（簡布Janbu法）3粘性土坡的穩(wěn)定分析2345678910111P0=0P11=0Pi=Pi+1-PiH=Hi+1-HiWiNiTi=(cili+Nitan)/FsiiP1=P1P2=P1+P2=P1+P2Pi=Pi

(i=1,j)Pn=Pi=0

(i=1,n)五.普遍條分法（簡布Janbu法）2．安全系數(shù)公式計算比較繁雜§7.五.普遍條分法（簡布Janbu法）1．原理與特點(diǎn)（3）6n-2個未知數(shù)(1)任意形式滑裂面，不一定圓弧共計6n個條件(2)假設(shè)Ni作用點(diǎn) nPi作用點(diǎn) n-1極限平衡條件n 3n+13粘性土坡的穩(wěn)定分析六.幾種分析計算方法的總結(jié)3粘性土坡的穩(wěn)定分析簡單土坡穩(wěn)定計算無粘性土和粘性土的圓弧滑動法無粘性土簡單土坡和粘性土簡單土坡穩(wěn)定簡化計算圖5.44最危險滑動圓弧圓心的確定圓弧滑動法確定最危險滑動面的簡化方法無粘性土簡單土坡穩(wěn)定簡化計算見書中234頁，5.7.4(三)、粘性土坡穩(wěn)定分析簡化計算：穩(wěn)定數(shù)法

土坡的坡角為橫軸，以穩(wěn)定數(shù)為縱坐標(biāo)，以值系列曲線，組合成粘性土土坡計算圖。見圖5.48。解決兩類問題：1、已知粘性土的坡角和，求土坡的最大允許高度H。2、已知粘性土土坡高度H和，求土坡的穩(wěn)定坡角。

圖5.48粘性土簡單土坡計算圖表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)度指標(biāo)c、總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)cu或ccu、c