第08章土坡穩(wěn)定ppt課件

1、Stability analysis of soil slopes1 1 概述概述2 2 表層滑動的穩(wěn)定分析表層滑動的穩(wěn)定分析3 3 深層滑動的穩(wěn)定分析深層滑動的穩(wěn)定分析4 4 水對土坡穩(wěn)定的影響水對土坡穩(wěn)定的影響第八章第八章 土坡穩(wěn)定性分析土坡穩(wěn)定性分析8.1 概述一、土坡：具有傾斜面的土體一、土坡：具有傾斜面的土體 坡面坡頂坡底坡高H坡肩坡角坡腳8.1 概述 江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有傾斜面的土體一、土坡：具有傾斜面的土體貴州洪家渡 山、嶺、丘、崗、天然坡山、嶺、丘、崗、天然坡一. 土坡8.1 概述 挖方：溝、渠、坑、池挖方：溝、渠、坑、池一. 土坡8.1 概述 填方：堤、壩、路基、

2、堆填方：堤、壩、路基、堆料料小浪底土石壩一. 土坡8.1 概述二. 滑坡-滑坡的主要方式8.1 概述巖體崩塌過程表示圖巖體崩塌過程表示圖下面是幾個巖土體滑坡過程的模擬圖：下面是幾個巖土體滑坡過程的模擬圖：8.1 概述滑坡過程表示圖滑坡過程表示圖8.1 概述泥石流開展現(xiàn)意圖8.1 概述二. 滑坡8.1 概述2 2呵斥滑坡的緣由呵斥滑坡的緣由二. 滑坡(1)滑動力增大：滑動力增大： 在坡頂堆載、建筑建筑物和車輛行駛；雨水或在坡頂堆載、建筑建筑物和車輛行駛；雨水或地表水滲人使土的重度添加；坡頂豎向裂痕中的地表水滲人使土的重度添加；坡頂豎向裂痕中的水壓力、浸透力和地震力對土坡的作用等。水壓力、浸透力和

3、地震力對土坡的作用等。(2)抗滑力減?。嚎够p?。?土的抗剪強度因含水量添加而下降；孔隙水土的抗剪強度因含水量添加而下降；孔隙水壓力增大使有效應力和摩擦力減?。黄履_處土體壓力增大使有效應力和摩擦力減??；坡腳處土體被沖刷或移走等。被沖刷或移走等。應如何分析、判別應如何分析、判別邊坡的穩(wěn)定性？邊坡的穩(wěn)定性？假定一滑動面假定一滑動面計算滑坡體的滑動力和抗滑力計算滑坡體的滑動力和抗滑力土坡穩(wěn)定平安系數(shù)土坡穩(wěn)定平安系數(shù)搜索最小平安系數(shù)的滑動面搜索最小平安系數(shù)的滑動面確定滑動面外形確定滑動面外形8.1 概述cosN W3 3滑動面的外形滑動面的外形主要取決于土的性質和工程地質構造：主要取決于土的性質和工

4、程地質構造：1. 粗粒土坡的滑坡深度淺、外形接近于平面粗粒土坡的滑坡深度淺、外形接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡體內，均質粘性土坡粘性土滑坡面深度到坡體內，均質粘性土坡 滑動面的外形按塑性實際分析為對數(shù)螺旋曲滑動面的外形按塑性實際分析為對數(shù)螺旋曲 面，在計算中通常以圓弧面替代。面，在計算中通常以圓弧面替代。8.2 表層滑動的穩(wěn)定性分析土坡對象：無粘性土土坡對象：無粘性土破壞方式：外表淺層滑坡破壞方式：外表淺層滑坡強度參數(shù)：內摩擦角強度參數(shù)：內摩擦角調查一無限長坡，坡角為調查一無限長坡，坡角為分析一微單元分析一微單元A A砂性土的土坡穩(wěn)定分析1微單元A自重: W=VcosR N tg Wt

5、g 2)沿坡滑動力：cossinRWtgKtgTWtg抗滑力滑動力3)對坡面壓力： (由于無限土坡兩側作用力抵消) tgKtg4抗滑力： 5)抗滑平安系數(shù)： RNWANWTWRN一. 無滲流的無限長土坡當 K1時 穩(wěn)定 即 K1時 失穩(wěn) 即 K=1 時 臨界形狀 即= 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析無滲流的無限長土坡討論u當當=時，時，K=1.0K=1.0，天然休，天然休止角止角u可見平安系數(shù)與土容重、坡高無關u與所選的微單元大小無關。u 即坡內任一點或平行于坡的任一滑裂面u上平安系數(shù)K都相等思索題：干坡與靜水下，假設坡中不變，K有什么變化c o sR N t gV t g 8.2 砂性土的土坡

6、穩(wěn)定分析(3) (3) 抗滑力：抗滑力： c o ss i ns a ts a tRt gKt gTJt g(2) (2) 滑動力：滑動力：WV有滲流砂土邊坡平安系數(shù)有滲流砂土邊坡平安系數(shù)(4) (4) 抗滑平安系數(shù)：抗滑平安系數(shù)： DwJGVIV浸透力平行坡面NWTAWRN l hJRNWJsinlhIs inwV (1)(1)取微單元取微單元A A的土骨架為隔離體，作用力的土骨架為隔離體，作用力二.有沿坡滲流情況0 .5s a t自重：自重：浸透力：浸透力：即地下水沿坡面流動地下水流動方向s a ttgKtg 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時可 能破壞ta

7、n1 .2 5 1 .3ta n; K K 值 一 般 取討 論 與所選V大小無關，亦即在這種坡中各點平安 系數(shù)一樣 與容重有關WTNA l h二.有沿坡滲流情況與無滲流比較K減小近一倍 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析本節(jié)小結本節(jié)小結邊坡對象：無粘性土土坡邊坡對象：無粘性土土坡破壞方式：外表淺層滑坡破壞方式：外表淺層滑坡分析方法：思索為無限長坡分析方法：思索為無限長坡平安系數(shù)：平安系數(shù)：sMWa土層性質：粘性土、土質均勻強度參數(shù)：粘聚力C，內摩擦角破壞方式：實踐滑坡闡明，對于粘性、均勻土坡，在平面應變條件下，其滑動面與圓弧圓柱面近似。OR 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 深層滑動的穩(wěn)定性分析一、概述

8、條分法對非均質土坡、土坡外形復雜、土坡部分條分法對非均質土坡、土坡外形復雜、土坡部分在水下情況均適用。在水下情況均適用。彼得森彼得森(K.E.Petterson)(K.E.Petterson)于于19161916首先提出，采用首先提出，采用圓弧滑動面分析土坡穩(wěn)定性。以后費倫紐斯圓弧滑動面分析土坡穩(wěn)定性。以后費倫紐斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒和泰勒(D.W.Taylor,1948)(D.W.Taylor,1948)又做了一些改良。又做了一些改良?？傮w說有兩種分析方法：總體說有兩種分析方法：1 1整體圓弧滑動法整體圓弧滑動法2 2條分法條分法主要

9、適用于均質簡單土坡。所謂簡單土坡是指主要適用于均質簡單土坡。所謂簡單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面程度，且土質均土坡的坡度不變，頂面和地面程度，且土質均勻，無地下水。勻，無地下水。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1、分析計算方法 均質土均質土 二維二維 圓弧滑動面圓弧滑動面 滑動土體呈剛性轉動滑動土體呈剛性轉動 在滑動面上處于極限平衡形狀在滑動面上處于極限平衡形狀1假設條件：假設條件：ruMCLR圖圖 土體的整體穩(wěn)定分析土體的整體穩(wěn)定分析二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析2 2平衡條件各力對平衡條件各力對O O的力矩平衡的力矩平衡uCC (1) (1) 滑動力矩：滑動力矩

10、：(3) (3) 平安系數(shù)：平安系數(shù)：當當=0=0粘土不排水強度時，粘土不排水強度時， (2) (2) 抗滑力矩：抗滑力矩：fWROBaACLfursL RC L RMKMW a W a 抗 滑 力 矩滑 移 力 矩0lr fMd lR 為為ACAC弧長弧長0()lnRct gd l二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析0lnRcL Rtg dl 0lntgd eiiWV討論:(1)當當0時，時，n是是L(x,y)的函數(shù)，的函數(shù)，無法無法 得到得到K的實際解的實際解(2)其中圓心其中圓心O及半徑及半徑R是恣意假設的，是恣意假設的， 還必需計算假設干組還必需計算假設干組O, R

11、找到最找到最小小 平安系數(shù)平安系數(shù) 最能夠滑動面最能夠滑動面(3)適用于飽和粘土適用于飽和粘土 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1原理一個簡化處理方法是將滑動土體分成條條分法。iiiWNcos整體圓弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函數(shù)，假設n不為零ORbCA-2-1 01234567那么，無法求實際解，那么，無法求實際解，是是 一個邊值問題，應一個邊值問題，應經(jīng)過數(shù)值計算處理。經(jīng)過數(shù)值計算處理。實踐是一種離散化計算方法。三、條分法的根本原理 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析Wi大小和方向知；滑動面上的Ni 、 Ti(含cili和Nitgi)大小未知；土條兩側，Ei 、 Fi 、 hi由前一個土條計算得

12、出,Ei1、 Fi1 、hi1未知；可見，作用在土條上的作用力有5個未知數(shù)，可以建立3個平衡方程，故為靜不定問題。1未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2條分法中的力和求解條件 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析簡化計算方法：1.不思索土條間的作用力，或只思索其中的一個；2.假設條間力的作用方向或規(guī)定Ei和Fi的比值；3.假定條塊間力的作用位置，hi知。(2) 力平衡條件求解條件 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1根本假設：根本假設：費倫紐斯假設土條兩側的合力相等，作用線重合，費倫紐斯假設土條兩側的合力相等，作用線重合，即土條兩側的作用力相互抵消。此時土條上的作用即土條兩側的作用力相

13、互抵消。此時土條上的作用力僅有自重和滑動面上的兩個分力。力僅有自重和滑動面上的兩個分力。2計算方法：計算方法：計算土條自重計算土條自重iiiWTsin11( c o s)fiiiiiiiiiiiiiitg c N tg c W tg clll 將土條自重分解sinsiiiiM TR W R ( c o s)r ifiiii i iiM lRW tg c lR 四. 簡單條分法瑞典條分法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析滑動面上土的抗剪強度為：11(c os)s i niniiiiisiiniiiiRWt gclMKMRW計算滑動力矩和穩(wěn)定力矩: iicc 11cossininiisiiniiiitg

14、WcLMKMW計算土坡的穩(wěn)定平安系數(shù) PiiNiTiHiRiOWPi+ 1Hi+ 1bidi Pi= Pi- Pi+ 1iiNiTi Hi= Hi- Hi+ 1W對于均質土坡 ABHABHE四. 簡單條分法瑞典條分法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析* 忽略了條間力，所計算平安系數(shù)K值偏??； 假設圓弧滑裂面，使K值偏大；總體結果是K值偏小。* 越大(條間的抗滑作用力越大)，K值越偏小。* 假設圓弧滑裂面，與實踐滑裂面有差別。普通情況下，普通情況下，K K偏小偏小10%10%左右工程運用中偏于平安左右工程運用中偏于平安* 由于忽略了條塊間的作用力，只滿足力矩平衡，不滿足靜力平衡。瑞典簡單條分法的討論

15、8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 畢肖普畢肖普A.W.Bishop1955年提出的一種簡化計算方年提出的一種簡化計算方法法 。該方法可以思索條塊間的作用力，但不思索土條。該方法可以思索條塊間的作用力，但不思索土條間的豎向切向力，且規(guī)定了滑動面上切向力的大小。間的豎向切向力，且規(guī)定了滑動面上切向力的大小。五、畢肖普Bishop法為了改良條分法的精度，許多人都以為應該思索土條間的作用力超靜定問題。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析ABHDH4.5HE 8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析最危險滑弧位置確實定： 以上是對一個假設滑弧求得的穩(wěn)定平安以上是對一個假設滑弧求得的穩(wěn)定平安系數(shù)，為找到最危險的滑弧，應假設一系數(shù)，為找

16、到最危險的滑弧，應假設一系列滑弧經(jīng)過試算求得最小平安系數(shù)系列滑弧經(jīng)過試算求得最小平安系數(shù)1.費倫紐斯確實定方法ABHEDH4 . 5 HABHEDH4.5Hk1O5O4O2O3O1ABHEDH4.5HO3O4O5k3k4k5k2k1ABHEDH4.5HO3O4O5k1k2k3k4k5ABHEDH4.5HO3O4O5k1k2k3k4k5kminO1O2ABHEDH4.5HO4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O51O61O41ABHEDH4.5HO41O4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51ABHEDH4.5HO41O4O5k1k2k

17、3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51kmin2BEO41O4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51kmin212ABH 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析ABHABHk2k3k4O1O3O5O4O2k1k5kmin土坡坡度（豎直:水平）坡角1:0.581:0.586060292940401:11:14545282837371:1.51:1.533334141262635351:21:226263434252535351:318182626252535351:41:414140202252537371:51:511111919252537371及2

18、的取值 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1980年，美國肯塔基州立大學 陳惠發(fā)根據(jù)大量計算閱歷指出，最危險滑弧兩端距坡頂點和坡腳各為0.1n*H處，且最危險滑弧中心位于fd線的垂直平分線上。亦可經(jīng)過試算法確定。D wJG AIA 111(c o s)s inininiiisiiiniiiiRtg Wc lMKMR Wr J 2.陳惠發(fā)的閱歷法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析一、土的抗剪強度目的及平安系數(shù)的選用8. 4 水對邊坡穩(wěn)定的影響從本質上講，水的浸入將使土的抗剪強度目的降低、有效應力減小，土體抗滑動才干減小，導致邊坡失穩(wěn)。 土體的抗剪強度參數(shù)的恰中選取是影響土坡土體的抗剪強度參數(shù)的恰中選取是影響土坡穩(wěn)定分析成果可靠性的主要要素。原那么穩(wěn)定分析成果可靠性的主要要素。原那么: (1)盡能夠采用有效應力方法；盡能夠采用有效應力方法；(2) 實驗條件盡量符實驗條件盡量符合土體的實踐受力和排水條件。合土體的實踐受力和排