邊坡穩(wěn)定分析

邊坡穩(wěn)定分析第1頁/共40頁第1節(jié)概述邊坡----指具有傾斜坡面的巖土體（天然邊坡、人工邊坡）?；?---邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分巖土體相對于另一部分巖土體發(fā)生滑動的現(xiàn)象稱為滑坡。第2頁/共40頁土坡組成要素第3頁/共40頁土壩滑坡實例第4頁/共40頁第5頁/共40頁第6頁/共40頁第7頁/共40頁三峽庫區(qū)千將坪滑坡全貌照片第8頁/共40頁

暴雨過后，珠山山體滑坡

第9頁/共40頁第10頁/共40頁第11頁/共40頁土坡失穩(wěn)原因分析

（1）斜坡的土質：各種土質的抗剪強度、抗水能力是不一樣的，如鈣質或石膏質膠結的土、濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強度降低很多。（2）斜坡的土層結構：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當下伏土層(或巖層)不透水時，容易在交界面上發(fā)生滑動。（3）斜坡的外形：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下緩的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，當土坡不高時尚可直立，但隨時間和氣候的變化，也會逐漸塌落。內(nèi)部因素第12頁/共40頁土坡失穩(wěn)原因分析（1）降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中，使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，土質變軟，強度降低；以及孔隙水壓力的產(chǎn)生，使土體作用有動、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)。（2）振動的作用：如施工打樁、爆破以及在地震的反復作用下，砂土極易發(fā)生液化，粘性土的結構也會遭到破壞，從而降低土的抗剪強度。（3）人為影響：因人類不合理開挖，特別是開挖坡腳；或開挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時，都可引起斜坡變形破壞。外部因素第13頁/共40頁土坡失穩(wěn)的原因根據(jù)以上分析，可知：引起滑坡的根本原因在于土體內(nèi)部某個面上的剪應力達到了它的抗剪強度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。剪應力達到抗剪強度的起因有二：

1.剪應力的增加

2.土體本身抗剪強度的減小第14頁/共40頁防止滑坡的措施1.人工土坡：設計時經(jīng)過仔細的穩(wěn)定分析，得出合理的土坡設計斷面；還應采取相應的工程措施，加強工程管理，消除不利因素。2.天然土坡：當發(fā)生滑坡等危害時，須研究其潛在滑面位置、滑帶抗剪強度、控制邊坡穩(wěn)定性的因素、可能采取的加固措施等。第15頁/共40頁第2節(jié)無粘性土坡穩(wěn)定分析一、一般情況下的無粘性土土坡

由于無粘性土土粒之間無粘聚力，因此，只要位于坡面上的土單元體能夠保持穩(wěn)定，則整個土坡就是穩(wěn)定的。第16頁/共40頁一、一般情況下的無粘性土土坡對于均質無粘性土坡，理論上只要坡角小于土的內(nèi)摩擦角，土體就是穩(wěn)定的。FS=1時，土體處于極限平衡狀態(tài)，此時土坡的坡角就等于無粘性土的內(nèi)摩擦角，也稱休止角。第17頁/共40頁二、有滲流作用時的無粘性土土坡第18頁/共40頁二、有滲流作用時的無粘性土土坡上式和沒有滲流作用的公式相比，安全系數(shù)相差γ′/γsat，此值接近于1/2。因此，當坡面有順坡滲流作用時，無粘性土土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)將近降低一半。自學【例題7-1】第19頁/共40頁第3節(jié)粘性土土坡整體圓弧滑動及條分法一、整體圓弧滑動穩(wěn)定分析粘性土由于土粒間存在粘聚力，發(fā)生滑坡時是整塊土體向下滑動，坡面上任一單元體的穩(wěn)定條件不能用來代表整個土坡的穩(wěn)定條件。按平面問題考慮，將滑動面以上土體看作剛體，并以它為脫離體，分析在極限平衡條件下其上各種作用力，而以整個滑動面上的平均抗剪強度與平均剪應力之比來定義土坡的安全系數(shù)。第20頁/共40頁一、整體圓弧滑動穩(wěn)定分析對于均質粘性土坡，計算時假定滑動面為圓柱面，截面為圓弧，其安全系數(shù)也可用滑動面上的最大抗滑力矩Mf與滑動力矩M之比來定義。第21頁/共40頁一、整體圓弧滑動穩(wěn)定分析當滑面與坡面包圍的滑體保持穩(wěn)定時必須滿足力矩平衡條件，即第22頁/共40頁粘性土坡坡頂出現(xiàn)裂縫時的計算裂縫高度可按朗肯理論中主動土壓力計算拉力區(qū)高度的方法進行計算，滑弧長度減小到A′C。如果裂縫中有積水，還要考慮靜水壓力對土坡穩(wěn)定的不利影響。右圖為飽和粘土在不排水剪條件下φu等于零的情況。第23頁/共40頁二、條分法及其受力分析上述整體圓弧滑動穩(wěn)定分析是假定滑動面上的τf均勻分布，但實際上τf是隨著滑動面上法向應力的改變而變化的，沿整個滑動面并非一個常數(shù)，用公式（7-4）直接計算安全系數(shù)誤差很大，于是可采用條分法。第24頁/共40頁二、條分法及其受力分析假定滑坡體和滑面以下土體均為不變形的剛體，滑面為連續(xù)面，滑面上各點的法向應力采用條分法獲得，分析每一土條受力，根據(jù)滑塊剛體極限平衡條件，假定整個滑面上各點的安全系數(shù)相等，確定安全系數(shù)。第25頁/共40頁二、條分法及其受力分析第26頁/共40頁二、條分法及其受力分析將土坡作為平面問題，對每個土條可分別列兩個正交方向的靜力平衡方程和一個力矩平衡方程，n個土條共3n個方程，未知數(shù)多n-2個，為超靜定問題，需增加方程個數(shù)或減少未知數(shù)。第27頁/共40頁二、條分法及其受力分析1.增加方程數(shù)需要引入土的應力-應變關系，考慮土的變形特性，用彈塑性力學等方法計算。由于考慮問題邊界條件的復雜性，只能采用數(shù)值解法。2.極限平衡分析方法不考慮土的變形特性，只考慮土的靜力平衡。這時需要引入附加假設條件，減少未知數(shù)，使方程數(shù)不少于未知數(shù)。對同一問題，附加的假設條件不同，產(chǎn)生不同的穩(wěn)定分析方法，計算的安全系數(shù)也不同。第28頁/共40頁三、常用條分法的簡化假設瑞典條分法：假設滑動面為圓弧面，不考慮條間力，即Ei=Xi=0，減少3n-3個未知數(shù)；簡化的bishop條分法：假設滑動面為圓弧面，切向條間力Xi=0，減少n-1個未知數(shù)；楊布條分法：假設滑動面為任意面，條間法向作用力的作用點在滑面以上1/3土條高度處，減少n-1個未知數(shù)；其他條分法：假設滑面為任意面，法向條間力和切向條間力之間為某種函數(shù)關系，減少n-1個未知數(shù)。第29頁/共40頁第4節(jié)瑞典條分法一、基本假設和基本公式1.基本假設⑴土坡為一條形結構⑵滑動面為圓弧面⑶滑動土體為剛體⑷不考慮土條間的作用力，即認為左右兩端作用力的合力為一對平衡力，作用相互抵消。第30頁/共40頁2.基本公式第31頁/共40頁2.基本公式當已知土條i在滑動面上的孔隙水應力ui時，上式可改寫為如下有效應力進行分析的公式：第32頁/共40頁確定最小安全系數(shù)Fs以上求出的Fs，是任意假定的某個滑動面的抗滑安全系數(shù)，而我們要求的是與最危險滑動面相對應的最小安全系數(shù)。為此，通常需要假定一系列滑動面進行多次試算。現(xiàn)通過計算機編程計算所有可能的滑動圓心和滑動半徑的安全系數(shù)，然后將最小的安全系數(shù)作為該土坡穩(wěn)定安全系數(shù)，它對應的滑弧為最危險滑動面。Fsmin>〔Fs〕，土坡穩(wěn)定第33頁/共40頁二、成層土和坡頂有超載時安全系數(shù)計算第34頁/共40頁二、成層土和坡頂有超載時安全系數(shù)計算第35頁/共40頁三、有地下水和穩(wěn)定滲流時安全系數(shù)計算部分浸水土坡的安全系數(shù)，其計算公式與成層土坡完全一樣，只要將坡外水位以下土的重度用浮重度γ′代替即可。第36頁/共40頁三、有地下水和穩(wěn)定滲流時安全系數(shù)計算當水庫蓄水或庫水降落，或碼頭岸坡處于低潮位而地下水位又比較高，或基坑排水時，都要產(chǎn)生滲流而經(jīng)受滲流力的作用，在進行土坡穩(wěn)定分析時必須考慮它的影響。第37頁/共40頁四、考慮地震作用時安全系數(shù)計算在地震區(qū)，由于地殼的振動而引起動力作用，將影響到邊坡的穩(wěn)定性，在分析時必須予以考慮。根據(jù)規(guī)范推薦的方法，采用擬靜力法。假定在地震時每一土條重心處作用著一個水平向的地震慣性