土坡穩(wěn)定分析課件

2.1概述2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法2.5工程實(shí)際中的邊坡穩(wěn)定問(wèn)題本章目錄2.1概述本章目錄《土力學(xué)》p339習(xí)題7-1、7-3本章作業(yè)《土力學(xué)》p339本章作業(yè)2.1概述邊坡穩(wěn)定分析對(duì)象：土石壩、庫(kù)區(qū)邊坡，堤壩填筑土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡土坡：具有傾斜面的土體坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高坡底坡度：1:m2.1概述邊坡穩(wěn)定分析對(duì)象：土石壩、庫(kù)區(qū)邊坡，堤壩填筑土質(zhì)2.1概述天然土坡江、河、湖、海岸坡山、嶺、丘、崗、天然坡人工土坡挖方：溝、渠、坑、池填方：堤、壩、路基、堆料2.1概述天然土坡江、河、湖、海岸坡山、嶺、丘、崗2.1概述一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)滑坡：2.1概述一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)滑2.1概述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2.1概述易貢滑坡堰塞湖滑坡堆積區(qū)扎易貢巨型高速滑2.1概述城市中的滑坡問(wèn)題（香港，重慶）填方挖方2.1概述城市中的滑坡問(wèn)題（香港，重慶）填方挖方模型試驗(yàn)中直立邊坡的破壞2.1概述模型試驗(yàn)中直立邊坡的破壞2.1概述模型試驗(yàn)中直立邊坡的破壞2.1概述模型試驗(yàn)中直立邊坡的破壞2.1概述滑坡原因2.1概述1）振動(dòng)：地震、爆破2）土中水位升、降4）水流沖刷：使坡腳變陡5）凍融：凍脹力及融化含水量升高6）人工開(kāi)挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口3）降雨引起滲流、軟化滑坡原因2.1概述1）振動(dòng)：地震、爆破2）土中水位升、降4滑坡形式2.1概述平移崩塌轉(zhuǎn)動(dòng)流滑滑坡形式2.1概述平移崩塌轉(zhuǎn)動(dòng)流滑滑坡形式2.1概述滑坡形式2.1概述2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑動(dòng)1）微單元A自重:W=V2）沿坡滑動(dòng)力：3）對(duì)坡面壓力：（由于無(wú)限土坡兩側(cè)作用力抵消）4）抗滑力：5）抗滑安全系數(shù)：WTNa坡與水平夾角為砂土內(nèi)摩擦角為WRNA2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑動(dòng)1）微單元2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)s=1.0，天然休止角安全系數(shù)與土容重?zé)o關(guān)與所選的微單元大小無(wú)關(guān)思考：在干坡及靜水下坡中，如不變，F(xiàn)s有什么變化坡內(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2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)s=1.0，天然休2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析有沿坡滲流情況降雨正常蓄水土壩下游水位驟降的土壩上游逸出段2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析有沿坡滲流情況降雨正常蓄水土壩下aWTNAWRN(1)自重：滲透力：（方向：平行于土坡）(2)滑動(dòng)力：(3)抗滑力：(4)抗滑安全系數(shù)：2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析取微單元A，以土骨架為隔離體：lhJJaWTNAWRN(1)自重：滲透力：（方向2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析討論：W’T’NaAlhJ意味著原來(lái)穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時(shí)可能破壞

與所選V大小無(wú)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)

與無(wú)滲流比較Fs減小近一倍2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析討論：W’T’NaAlhJ意2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析其它：(1)與坡面成一定角度(2)垂直向內(nèi)滲流wJ(3)部分浸水無(wú)粘性土坡12(4)非線形強(qiáng)度指標(biāo)的影響2.2無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定分析其它：(1)與坡面成一定角度(2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析破壞特點(diǎn)OR由于存在粘聚力C，與無(wú)粘性土坡不同；其危險(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)面可用一圓弧（圓柱面）近似。思考：為什么粘性土坡通常不會(huì)發(fā)生表面滑動(dòng)？2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析破壞特點(diǎn)OR由于存在粘聚力C，與無(wú)2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析1整體圓弧滑動(dòng)法（瑞典Petterson）2瑞典條分法（瑞典Fellenius）3畢肖普法（Bishop）4Janbu法5Spencer方法6Morgenstern-Price方法7陳祖煜的通用條分法8不平衡推力傳遞法9Sarma方法計(jì)算方法：2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析1整體圓弧滑動(dòng)法（瑞典Pette2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析1整體圓弧滑動(dòng)法（瑞典圓弧法）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)面上處于極限平衡條件假設(shè)條件OR2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析1整體圓弧滑動(dòng)法（瑞典圓弧法）ORCBA2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析平衡條件（各力對(duì)圓心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：dWORCBA2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析平衡條件（各力對(duì)圓心O的2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析討論：ORdCBAW1當(dāng)0時(shí)，n是l(x,y)的函數(shù)，無(wú)法得到Fs的理論解2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適用于飽和軟粘土，即=0情況2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析討論：ORdCBAW1當(dāng)ORdCBAW2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析2條分法的基本原理及分析源起整體圓弧法：n是l(x,y)的函數(shù)思路離散化分條條分法AORC

ibB-2-101234567ORdCBAW2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析2條分法的基本原2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析安全系數(shù)定義AORC

ibB-2-101234567TiNi2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析安全系數(shù)定義AORCibB-22.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1未知數(shù)：條塊簡(jiǎn)力＋作用點(diǎn)位置＝2(n-1)+(n-1)＝3n-3滑動(dòng)面上的力＋作用點(diǎn)位置＝3n安全系數(shù)F＝1方程數(shù)：靜力平衡＋力矩平衡＝3n滑動(dòng)面上極限平衡條件＝n4n6n-2未知數(shù)－方程數(shù)＝2n-2hi2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNiihi+1WiP2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析未知數(shù):6n-2方程數(shù):4nPiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi1整體圓弧滑動(dòng)法2瑞典條分法3畢肖普法4Janbu法5Spencer方法6Morgenstern-Price方法7陳祖煜的通用條分法8不平衡推力傳遞法9Sarma方法n=13(n-1)+n=4n-3(n-1)+n=2n-1(n-1)+n=2n-1(n-1)-1+n=2n-2(n-1)+n=2n-1(n-1)-1+n=2n-22.3粘性土坡的穩(wěn)定分析未知數(shù):6n-2方程數(shù):2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析3瑞典條分法（簡(jiǎn)單條分法）忽略所有條間作用力：2(n-1)+(n-1)＝3n-34n-3PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：n未知數(shù):2n+1方程數(shù):4n假定：圓弧滑裂面；不考慮條間力2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析3瑞典條分法（簡(jiǎn)單條分法）忽略所2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析徑向力平衡：TiNiiWiAORC

ibB-2-101234567極限平衡條件：整體對(duì)圓心的力矩平衡：滑動(dòng)力矩=抗滑力矩顯式表達(dá)2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析徑向力平衡：TiNiiWiAOR圓心O，半徑R（如圖）分條：b=R/10編號(hào)：過(guò)圓心垂線為0#條中線列表計(jì)算li

Wi

i變化圓心O和半徑RFs最小ENDTiNiiWiAORC

ibB-2-101234567計(jì)算步驟圓心O，半徑R（如圖）分條：b=R/10編號(hào)：過(guò)圓心垂線2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析瑞典條分法的討論TiNiiWiAORC

ibB-2-101234567(1)一些平衡條件不能滿足未知數(shù):2n+1方程數(shù):4n對(duì)0#土條T0N0W0>02.3粘性土坡的穩(wěn)定分析瑞典條分法的討論TiNiiWiA2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析瑞典條分法的討論AORC

ibB-2-101234567(2)假設(shè)圓弧滑裂面，與實(shí)際滑裂面有差別忽略條間力，使得計(jì)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Fs越偏小一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析瑞典條分法的討論AORCibB2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析4畢肖甫（Bishop）法忽略條間切向力：n-12n-1PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：n未知數(shù):4n-1方程數(shù):4n假定：圓弧滑裂面；條間力切向力=02.3粘性土坡的穩(wěn)定分析4畢肖甫（Bishop）法忽略條2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析Pihi+1TiNiiWiPi+1hiAORC

ibB-2-101234567∑Fz=0極限平衡條件方程組求解，得到：2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析Pihi+1TiNiiWiPi+2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析hi+1PiTiNiiWiPi+1hiAORC

ibB-2-101234567整體力矩平衡：Ni

過(guò)圓心；Pi互相抵消licosi=bi隱式表達(dá)2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析hi+1PiTiNiiWiPi+AORC

ibB-2-101234567圓心O，半徑R設(shè)Fs=1.0計(jì)算mqi變化圓心O和半徑R

Fs最小END計(jì)算No計(jì)算步驟AORCibB-2-101234567圓心O，半徑R2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiTiNiihi+1WiPi+1hiAORC

ibB-2-101234567畢肖甫法的討論(2)大多數(shù)情況下是精確的未知數(shù):4n-1方程數(shù):4n(1)假設(shè)圓弧滑裂面2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiTiNiihi+1WiPi+2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析5簡(jiǎn)布（Janbu）法條塊間力的作用點(diǎn)位置：n-12n-1PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑動(dòng)面上作用點(diǎn)位置：n未知數(shù):4n-1方程數(shù):4nabhi推力線假定：假定各土條間推力作用點(diǎn)連線為光滑連續(xù)曲線“推力作用線”即假定了條塊間力的作用點(diǎn)位置2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析5簡(jiǎn)布（Janbu）法條塊間力的2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi極限平衡條件∑Fz=0∑Fx=02345678910111P0=0Pn=0

NiTi

Pi方程組求解P1=P1P2=P1+P2

=P1

+P2

Pj=Pi

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

(i=1,n)與

Hi

有關(guān)，但Hi

可以通過(guò)每個(gè)土條的力矩平衡由hi

得到2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNiihi+1WiP2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi2345678910111P0=0Pn=0簡(jiǎn)布法的討論(1)任意形狀滑裂面，不一定是圓弧未知數(shù):4n-1方程數(shù):4n(2)計(jì)算較復(fù)雜2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析PiHiTiNiihi+1WiP2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析幾種方法總結(jié)2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析幾種方法總結(jié)2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法兩種分析方法：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、u或ccu、cu2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法兩種分析方法：有效應(yīng)力法：使用有1施工期土壩的邊坡穩(wěn)定分析2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法(1)確定土壩中超靜孔隙水壓力總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)cu、u有效應(yīng)力法：土壩中1施工期土壩的邊坡穩(wěn)定分析2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法(12.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法(2)繪制等孔壓圖(3)計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)瑞典條分法孔壓項(xiàng)TiNiiWiui2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法(2)繪制等孔壓圖(3)計(jì)算2穩(wěn)定滲流期土壩的邊坡穩(wěn)定分析2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法方法1：取土骨架作為隔離體特點(diǎn)：已形成穩(wěn)定滲流，流網(wǎng)可唯一確定J計(jì)算比較繁瑣2穩(wěn)定滲流期土壩的邊坡穩(wěn)定分析2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法方法2：將土水整體作為隔離體等勢(shì)線浸潤(rùn)線h2ih1i

hti(1)土條在下游水位以上時(shí)2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法方法2：將土水整體作為隔離體等勢(shì)2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法等勢(shì)線浸潤(rùn)線(2)部分在下游水位以下時(shí)h2ih1i

hti下游水位h3i2.4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法等勢(shì)線浸