土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性全面分析

1、土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性全面分析第一節(jié)第一節(jié) 概述概述土坡： 天然土坡 人工土坡 （土石壩等） 土坡幾何形態(tài)：坡肩坡頂坡底坡趾坡角坡高坡面一、土坡一、土坡第七章 第2頁(yè)/共26頁(yè)滑坡：斜坡中一部分土體相對(duì)于另一部分土體 滑動(dòng)的現(xiàn)象，稱為滑坡。分類： （1）粗粒土滑坡 （滑動(dòng)面多為淺層平面形） （2）粘性土滑坡 （滑動(dòng)面多為深層圓弧形）產(chǎn)生原因： （1）土中剪應(yīng)力增加 （2）土中抗剪強(qiáng)度降低二、滑坡二、滑坡第七章 第3頁(yè)/共26頁(yè) 研究?jī)?nèi)容： （1）判斷土坡是否穩(wěn)定 （2）設(shè)計(jì)合理的土坡 評(píng)價(jià)方法： 極限平衡理論（條分法） 步驟：先確定滑面，再計(jì)算滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)，最后 判斷滑動(dòng)的可能性。第七章 第4頁(yè)/

2、共26頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 無粘性土坡的穩(wěn)定分析無粘性土坡的穩(wěn)定分析定義：粗粒土所堆筑的土坡稱為無粘性土坡分如下兩種情況考慮： 一、均質(zhì)干坡和水下坡 二、有滲透水流的均質(zhì)土坡第七章 第5頁(yè)/共26頁(yè)一、均質(zhì)干坡和水下坡 當(dāng)a=時(shí)，F(xiàn)S=1，此時(shí)土體處于極限平衡狀態(tài)，坡角a為天然休止角。砂堆tgtgsinWtgcosWTRFs滑動(dòng)力抗滑力穩(wěn)定安全系數(shù)WTNR第七章 第6頁(yè)/共26頁(yè)二、有滲透水流的均質(zhì)土坡tgtgFssat,時(shí)當(dāng)VW 重力WJNTViJw 滲流力tgiRw )sin(cos 抗滑力)cos(sin iTw滑動(dòng)力)cos(sin)sin(cos itgiTRFsww穩(wěn)定安全系數(shù)第七章 第

3、7頁(yè)/共26頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土坡的穩(wěn)定分析 工程設(shè)計(jì)中常假定滑動(dòng)面為圓弧面，用圓弧滑動(dòng)法（極限平衡法的一種）分析粘性土坡的穩(wěn)定性。第七章 第8頁(yè)/共26頁(yè)一、整體圓弧滑動(dòng)法（瑞典圓弧法）dWMs滑動(dòng)力矩：LtgNRCAcMR抗滑力矩：RCAcMR時(shí)，當(dāng)0的情況。適用于滑動(dòng)力矩抗滑力矩穩(wěn)定安全系數(shù)：0dWRCAcMMFsRSdOCAWTf整體圓弧滑動(dòng)受力示意圖第七章 第9頁(yè)/共26頁(yè)二、條分法的基本概念1. 原理原理：條分法是將滑動(dòng)土體豎直分成若干土條，把土條當(dāng)成剛體，分別求作用于各土條上的力對(duì)圓心的滑動(dòng)力矩和抗滑力矩，然后按下式求土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)：sRSMMF滑動(dòng)力矩抗

4、滑力矩2. 受力分析圖：受力分析圖：ORCBbOAPihiHiTicWidHi+1Pi+1hi+1Niab-2-11234567第七章 第10頁(yè)/共26頁(yè)ORCBbOAPihiHiTicWidHi+1Pi+1hi+1Niab-2-112345671)重力W2)條塊側(cè)面法向力Pi、Pi+1，其作用點(diǎn)離弧面為hi、hi+13)條塊側(cè)面切向力Hi、Hi+14)土條底部的法向力N、切向力T， 條塊弧段長(zhǎng)為li3. 土條土條i i所受的力包括：所受的力包括：第七章 第11頁(yè)/共26頁(yè)siiiiiizixiFlctgNTMFF極限平衡方程：力的平衡方程：000n個(gè)土條，n-1個(gè)分界面，Pi 、Hi、hi共

5、3(n-1)個(gè)未知數(shù)；Ni 、Ti共2n個(gè)未知數(shù)；Fs一個(gè)未知數(shù)。4. 土條土條i i平衡方程：平衡方程：若把滑動(dòng)土體分成n個(gè)條塊，則共有未知數(shù)5n-2個(gè)，可建方程4n個(gè)，為超靜定問題。ORCBbOAPihiHiTicWidHi+1Pi+1hi+1Niab-2-11234567第七章 第12頁(yè)/共26頁(yè)5. 求解方法：求解方法：（1）假定條間力的大小與方向的 畢肖普法和瑞典條分法；（2）假定條間力的作用方向的不平衡推力傳遞法；（3）假定條間力的作用點(diǎn)位置的簡(jiǎn)布法。ORCBbOAPihiHiTicWidHi+1Pi+1hi+1Niab-2-11234567第七章 第13頁(yè)/共26頁(yè)NoImage

6、1. 求解前提： 不考慮條塊間的推力（或假定條塊間的推力是作用在一條直線上的，且大小相等，方向相反，即推力產(chǎn)生的合力、合力矩為0）。2.求解方法：三、瑞典條分法（Fellenius 條分法）(1) cos 0F xiiiiiiiWNNTWi有根據(jù)徑向力的平衡條件的作用。、僅受塊用力，條由于不考慮條塊間的作第七章 第14頁(yè)/共26頁(yè) 0cossin 342 (4) sind (3) 0 0 (2) cos iRFtgWlcRWRRTdWNMFtgWlcFtgNlcFTTsiiiiiiiiiiiiisiiiiisiiiisfii）式得）代入（）（將（則通過圓心不產(chǎn)生力矩，力，法向，外力對(duì)圓心的力矩

7、根據(jù)整體力矩平衡條件安全系數(shù)抗剪強(qiáng)度條件有根據(jù)滑弧面上極限平衡(1) cos , 0F xiiiiWN有根據(jù)徑向力的平衡條件NoImageiiiiiiiWtgWlcsin)cos( Fs整理得第七章 第15頁(yè)/共26頁(yè)3.方法的特點(diǎn)：方法的特點(diǎn)：(1)忽略條間力的作用(2)滿足滑動(dòng)土體整體力矩平衡條件(3)不滿足條塊的靜力平衡條件(4)滿足極限平衡條件(5)得到的安全系數(shù)偏低，誤差偏于安全第七章 第16頁(yè)/共26頁(yè)NoImageNoImage sin1 ).(sin 41 sind (4) 0 0 sincos (3) sin1sincossin (2)(1) iiiiiiiiisisiiii

8、iiiiiiisiiiiisiiiiisiiiisiiiiiWtgHWbcmFNFRtgNlcRWRRTdWMFtgmFlcHWmFtgFlcHWN整理得，代入）式得）代入（將（，則，外力對(duì)圓心的力矩根據(jù)整體力矩平衡條件式中并整理得代入將第七章 第17頁(yè)/共26頁(yè)NoImage四、畢肖普法（Bishop法） 考慮條塊側(cè)面力1.求解方法求解方法： (2) sincos 0 (1) iiiiiizisiiiisfiiTHWNFFtgNlcFTTi，則件態(tài)，根據(jù)豎向力平衡條若條塊處于靜力平衡狀安全系數(shù)抗剪強(qiáng)度條件有根據(jù)滑弧面上極限平衡進(jìn)行分析：如圖所示，取條塊第七章 第18頁(yè)/共26頁(yè)2、簡(jiǎn)化比肖普

9、公式、簡(jiǎn)化比肖普公式iiiiiiiisWtgHWbcmFsin1NoImageNoImageiiiiiiisiiiWtgWbcmFHPHsin1 0，而不存在切向力平作用力，即條塊間只存在水假設(shè)第七章 第19頁(yè)/共26頁(yè)(1) 假設(shè)條塊間作用力只有法向力沒有切向力；(2) 滿足滑動(dòng)土體整體力矩平衡條件； 滿足各條塊力的多邊形閉合條件，但不滿足條 塊的力矩平衡條件；(4) 滿足極限平衡條件；(5) 得到的安全系數(shù)比瑞典條分法略高一點(diǎn)。3.簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化Bishop方法的特點(diǎn)方法的特點(diǎn)第七章 第20頁(yè)/共26頁(yè)五、普遍條分法（Janbu法）1. 求解前提： 假定條塊間水平作用力的位置。2.求解方法：(1

10、) siiiisfiiFtgNlcFTTi安全系數(shù)抗剪強(qiáng)度條件有根據(jù)滑弧面上極限平衡進(jìn)行分析：如圖所示，取條塊XihiHi+1Pi+1hi+1iHiPihiOiNiWiTii第七章 第21頁(yè)/共26頁(yè) (3) cossincos 2 sincos0(2) cossin sincos02iiiiiiiiiiiiixiiiiiiiiiiiiizitgHWTPNTPFTHWNTHWNF）式代入把（，則可得：，則根據(jù)靜力平衡條件iiiiiiiiisiiisiisiiiiiiiisitgHWtgHWlcFtgtgFPFtgtgtgHWlcFcos1sec1 34 (4) 1cos11T (1)(2) 2）式得）代入（將（并整理得代入將Hi=Hi+1-HiWiNiPi=Pi+1-PiTi=(cili+Nitgi)/Fsii第七章 第22頁(yè)/共26頁(yè)isiiiiiiiiiiiisiniinFtgtgmHWtgHWbcmFPPP21sec1 sin1 0 式中整理得代入并將又有iiiiiIiiiiioiiHHHHXhPXhPHMO可求由可得：并有求力矩，條塊滑弧段的中點(diǎn)將作用在條塊上的力對(duì) 01第七章 第23頁(yè)/共26頁(yè)六、最危險(xiǎn)滑裂面的確定方法B1OARH2各 種 坡 角 的 1和 2值坡 角 坡 度1 :m126 0 1 :0 .