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）。滑坡----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(shí)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(zhì)：各種土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度、抗水能力是不一樣的，如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的土、濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強(qiáng)度降低很多。（2）斜坡的土層結(jié)構(gòu)：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當(dāng)下伏土層(或巖層)不透水時(shí)，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(dāng)土坡不高時(shí)尚可直立，但隨時(shí)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(zhì)變軟，強(qiáng)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(fù)作用下，砂土極易發(fā)生液化，粘性土的結(jié)構(gòu)也會遭到破壞，從而降低土的抗剪強(qiáng)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(shí)將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時(shí)，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(gè)面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度的起因有二：

1.剪應(yīng)力的增加

2.土體本身抗剪強(qiáng)度的減小第14頁/共40頁防止滑坡的措施1.人工土坡：設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)過仔細(xì)的穩(wěn)定分析，得出合理的土坡設(shè)計(jì)斷面；還應(yīng)采取相應(yīng)的工程措施，加強(qiáng)工程管理，消除不利因素。2.天然土坡：當(dāng)發(fā)生滑坡等危害時(shí)，須研究其潛在滑面位置、滑帶抗剪強(qiáng)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(gè)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(zhì)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(shí)，土體處于極限平衡狀態(tài)，此時(shí)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(shí)的無粘性土土坡第18頁/共40頁二、有滲流作用時(shí)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(dāng)坡面有順坡滲流作用時(shí)，無粘性土土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)將近降低一半。自學(xué)【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(shí)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(gè)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(gè)滑動面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)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(zhì)粘性土坡，計(jì)算時(shí)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(dāng)滑面與坡面包圍的滑體保持穩(wěn)定時(shí)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(shí)的計(jì)算裂縫高度可按朗肯理論中主動土壓力計(jì)算拉力區(qū)高度的方法進(jìn)行計(jì)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(shí)際上τf是隨著滑動面上法向應(yīng)力的改變而變化的，沿整個(gè)滑動面并非一個(gè)常數(shù)，用公式（7-4）直接計(jì)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(diǎn)的法向應(yīng)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(gè)滑面上各點(diǎn)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(gè)土條可分別列兩個(gè)正交方向的靜力平衡方程和一個(gè)力矩平衡方程，n個(gè)土條共3n個(gè)方程，未知數(shù)多n-2個(gè)，為超靜定問題，需增加方程個(gè)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(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，考慮土的變形特性，用彈塑性力學(xué)等方法計(jì)算。由于考慮問題邊界條件的復(fù)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(shí)需要引入附加假設(shè)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(shè)條件不同，產(chǎn)生不同的穩(wěn)定分析方法，計(jì)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(shè)瑞典條分法：假設(shè)滑動面為圓弧面，不考慮條間力，即Ei=Xi=0，減少3n-3個(gè)未知數(shù)；簡化的bishop條分法：假設(shè)滑動面為圓弧面，切向條間力Xi=0，減少n-1個(gè)未知數(shù)；楊布條分法：假設(shè)滑動面為任意面，條間法向作用力的作用點(diǎn)在滑面以上1/3土條高度處，減少n-1個(gè)未知數(shù)；其他條分法：假設(shè)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(guān)系，減少n-1個(gè)未知數(shù)。第29頁/共40頁第4節(jié)瑞典條分法一、基本假設(shè)和基本公式1.基本假設(shè)⑴土坡為一條形結(jié)構(gòu)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(rèn)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(dāng)已知土條i在滑動面上的孔隙水應(yīng)力ui時(shí)，上式可改寫為如下有效應(yīng)力進(jìn)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(gè)滑動面的抗滑安全系數(shù)，而我們要求的是與最危險(xiǎn)滑動面相對應(yīng)的最小安全系數(shù)。為此，通常需要假定一系列滑動面進(jìn)行多次試算?，F(xiàn)通過計(jì)算機(jī)編程計(jì)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(yīng)的滑弧為最危險(xiǎn)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(shí)安全系數(shù)計(jì)算第34頁/共40頁二、成層土和坡頂有超載時(shí)安全系數(shù)計(jì)算第35頁/共40頁三、有地下水和穩(wěn)定滲流時(shí)安全系數(shù)計(jì)算部分浸水土坡的安全系數(shù)，其計(jì)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(shí)安全系數(shù)計(jì)算當(dāng)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(shí)，都要產(chǎn)生滲流而經(jīng)受滲流力的作用，在進(jìn)行土坡穩(wěn)定分析時(shí)必須考慮它的影響。第37頁/共40頁四、考慮地震作用時(shí)安全系數(shù)計(jì)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(shí)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(shí)每一土條重心處作用著一個(gè)水平向的地震慣性