2建筑邊坡穩(wěn)定性分析ppt課件

1、第第2 2章章 邊坡處治基本理論及穩(wěn)定性分析邊坡處治基本理論及穩(wěn)定性分析 2.1 2.1 概述概述 邊坡處治，首先要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。邊坡穩(wěn)定邊坡處治，首先要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。邊坡穩(wěn)定分析的方法很多，目前在工程中廣為應(yīng)用的是傳統(tǒng)分析的方法很多，目前在工程中廣為應(yīng)用的是傳統(tǒng)的極限平衡理論。近幾年，基于不同的力學(xué)模型而的極限平衡理論。近幾年，基于不同的力學(xué)模型而建立起來(lái)的各種數(shù)值分析計(jì)算方法也越來(lái)越受到工建立起來(lái)的各種數(shù)值分析計(jì)算方法也越來(lái)越受到工程界的重視。程界的重視。 一般來(lái)說(shuō)，不同的邊坡類(lèi)型，不同的分析目的一般來(lái)說(shuō)，不同的邊坡類(lèi)型，不同的分析目的以及可獲得的基本資料情況，應(yīng)采用與之相適應(yīng)的以及可

2、獲得的基本資料情況，應(yīng)采用與之相適應(yīng)的計(jì)算理論和穩(wěn)定分析方法。計(jì)算理論和穩(wěn)定分析方法。 在工程設(shè)計(jì)中，判斷邊坡穩(wěn)定性的大小習(xí)慣上在工程設(shè)計(jì)中，判斷邊坡穩(wěn)定性的大小習(xí)慣上采用邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)來(lái)衡量。采用邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)來(lái)衡量。l955l955年，畢肖普年，畢肖普(A.W.Bishop)(A.W.Bishop)明確了土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的定義：明確了土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的定義：穩(wěn)定性系數(shù)穩(wěn)定性系數(shù)=可供利用的抗滑力可供利用的抗滑力/滑動(dòng)力滑動(dòng)力邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法極限分析法極限分析法 瑞典圓弧法瑞典圓弧法Janbu條分法條分法 Bishop條分法條分法

3、物理模擬方法物理模擬方法數(shù)學(xué)模擬方法數(shù)學(xué)模擬方法其他方法其他方法極限平衡法極限平衡法數(shù)值分析方法數(shù)值分析方法 斯賓塞法斯賓塞法 摩根斯坦普賴(lài)斯法摩根斯坦普賴(lài)斯法 沙爾瑪法法沙爾瑪法法 傳遞系數(shù)法傳遞系數(shù)法 有限單元法有限單元法(FEM) 離散單元法離散單元法(DEM)、塊體理論和不連續(xù)變塊體理論和不連續(xù)變形分析形分析(DDA) 邊界元法邊界元法 快速拉格朗日法快速拉格朗日法(FLAC)流形元法流形元法建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中的基本規(guī)定中的基本規(guī)定邊坡邊坡: : 巖質(zhì)邊坡與土質(zhì)邊坡。巖質(zhì)邊坡的破壞形式按下表劃分：巖質(zhì)邊坡與土質(zhì)邊坡。巖質(zhì)邊坡的破壞形式按下表劃分：確定巖質(zhì)邊坡的巖

4、體類(lèi)型應(yīng)考慮主要結(jié)構(gòu)面與坡向的關(guān)系、結(jié)構(gòu)確定巖質(zhì)邊坡的巖體類(lèi)型應(yīng)考慮主要結(jié)構(gòu)面與坡向的關(guān)系、結(jié)構(gòu)面傾角大小和巖體完整程度等因素。確定巖質(zhì)邊坡的巖體類(lèi)型時(shí)，面傾角大小和巖體完整程度等因素。確定巖質(zhì)邊坡的巖體類(lèi)型時(shí)，由堅(jiān)硬程度不同的巖石互層組成且每層厚度小于由堅(jiān)硬程度不同的巖石互層組成且每層厚度小于5m5m的巖質(zhì)邊坡宜的巖質(zhì)邊坡宜視為由相對(duì)軟弱巖石組成的邊坡。當(dāng)邊坡巖體由兩層以上單層厚視為由相對(duì)軟弱巖石組成的邊坡。當(dāng)邊坡巖體由兩層以上單層厚度大于度大于5m5m的巖體組合時(shí)，可分段確定邊坡類(lèi)型。的巖體組合時(shí)，可分段確定邊坡類(lèi)型。 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中的基本規(guī)定中的基本規(guī)定1邊坡

5、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)在充分查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)在充分查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)邊坡巖土類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，綜合采用工程地質(zhì)類(lèi)比法和剛體極根據(jù)邊坡巖土類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，綜合采用工程地質(zhì)類(lèi)比法和剛體極限平衡計(jì)算法進(jìn)行。限平衡計(jì)算法進(jìn)行。2對(duì)土質(zhì)較軟、地面荷載較大、高度較大的邊坡，其坡角對(duì)土質(zhì)較軟、地面荷載較大、高度較大的邊坡，其坡角地面抗隆起和抗?jié)B流等穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。地面抗隆起和抗?jié)B流等穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。3在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算之前，應(yīng)根據(jù)邊坡水文地質(zhì)、工在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算之前，應(yīng)根據(jù)邊坡水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)特征以及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，對(duì)邊坡程地質(zhì)、巖

6、體結(jié)構(gòu)特征以及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，對(duì)邊坡的可能破壞形式和邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)做出定性判斷，確定邊坡破的可能破壞形式和邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)做出定性判斷，確定邊坡破壞的邊界范圍、邊坡破壞的地質(zhì)模型，對(duì)邊坡破壞趨勢(shì)作出判壞的邊界范圍、邊坡破壞的地質(zhì)模型，對(duì)邊坡破壞趨勢(shì)作出判斷。斷。4邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法，根據(jù)邊坡類(lèi)型和可能的破壞形式，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法，根據(jù)邊坡類(lèi)型和可能的破壞形式，可按下列原則確定：可按下列原則確定：(1) 土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡宜采用圓弧滑動(dòng)土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡宜采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算；法計(jì)算；(2) 對(duì)可能產(chǎn)生平面滑動(dòng)的邊坡宜采用平面滑動(dòng)法計(jì)算；對(duì)可能產(chǎn)生平面滑動(dòng)的

7、邊坡宜采用平面滑動(dòng)法計(jì)算；(3) 對(duì)可能產(chǎn)生折線(xiàn)滑動(dòng)的邊坡宜采用折線(xiàn)滑動(dòng)法計(jì)算；對(duì)可能產(chǎn)生折線(xiàn)滑動(dòng)的邊坡宜采用折線(xiàn)滑動(dòng)法計(jì)算；(4) 當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜時(shí)，宜結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行分析。當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜時(shí)，宜結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行分析。.3邊坡穩(wěn)定性分析基本理論和假定邊坡穩(wěn)定性分析基本理論和假定分析方法很多，但可分為兩大類(lèi)，即以極限平衡理論為基分析方法很多，但可分為兩大類(lèi)，即以極限平衡理論為基礎(chǔ)的條分法和以彈塑性理論為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算方法。礎(chǔ)的條分法和以彈塑性理論為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算方法。條分法實(shí)際上是一種剛體極限平衡分析法。其基本思路是：條分法實(shí)際上是一種剛體極限平衡分析法。其基本思路是

8、：假定邊坡的巖土體坡壞是由于邊坡內(nèi)產(chǎn)生了滑動(dòng)面，部分坡體假定邊坡的巖土體坡壞是由于邊坡內(nèi)產(chǎn)生了滑動(dòng)面，部分坡體沿滑動(dòng)面而滑動(dòng)造成的。滑動(dòng)面上的坡體服從破壞條件。假設(shè)沿滑動(dòng)面而滑動(dòng)造成的?；瑒?dòng)面上的坡體服從破壞條件。假設(shè)滑動(dòng)面已知，通過(guò)考慮滑動(dòng)面形成的隔離體的靜力平衡，確定滑動(dòng)面已知，通過(guò)考慮滑動(dòng)面形成的隔離體的靜力平衡，確定沿滑面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載，或者說(shuō)判斷滑動(dòng)面上的滑體的沿滑面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載，或者說(shuō)判斷滑動(dòng)面上的滑體的穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定程度。該滑動(dòng)面是人為確定的，其形狀可以是穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定程度。該滑動(dòng)面是人為確定的，其形狀可以是平面、圓弧面、對(duì)數(shù)螺旋面或其他不規(guī)則曲面。隔離體的靜力平面

9、、圓弧面、對(duì)數(shù)螺旋面或其他不規(guī)則曲面。隔離體的靜力平衡可以是滑面上力的平衡或力矩的平衡。隔離體可以是一個(gè)平衡可以是滑面上力的平衡或力矩的平衡。隔離體可以是一個(gè)整體，也可由若干人為分隔的豎向土條組成。由于滑動(dòng)面是人整體，也可由若干人為分隔的豎向土條組成。由于滑動(dòng)面是人為假定的，我們只有通過(guò)系統(tǒng)地求出一系列滑面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的為假定的，我們只有通過(guò)系統(tǒng)地求出一系列滑面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載，其中最小的破壞荷載要求的極限荷載與之相應(yīng)的滑破壞荷載，其中最小的破壞荷載要求的極限荷載與之相應(yīng)的滑動(dòng)面就是可能存在的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。動(dòng)面就是可能存在的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。 條分法的基本假定如下：條分法的基本假定如下：把滑動(dòng)土

10、體豎向分為把滑動(dòng)土體豎向分為n個(gè)土條，在其中任取個(gè)土條，在其中任取1條記為條記為i，如圖，如圖2.1所示，在該土條上作用的已知力有：土條本身重力所示，在該土條上作用的已知力有：土條本身重力Wi，水平，水平作用力作用力Qi(如地震產(chǎn)生的水平慣性力等如地震產(chǎn)生的水平慣性力等)，作用于土條兩側(cè)的孔，作用于土條兩側(cè)的孔隙水壓力隙水壓力Ui及及Ui+1，作用于土條底部的孔隙水壓力，作用于土條底部的孔隙水壓力Udi。土條。土條上的力矢多邊形如圖上的力矢多邊形如圖2.2所示。當(dāng)滑面形狀確定后，土條的有關(guān)所示。當(dāng)滑面形狀確定后，土條的有關(guān)幾何尺寸也可確定，如底部坡角幾何尺寸也可確定，如底部坡角ai，底弧長(zhǎng)，底

11、弧長(zhǎng)li，滑面上的土體強(qiáng)，滑面上的土體強(qiáng)度，也已確定。要使整個(gè)土體達(dá)到力的平衡，其未知力還有：度，也已確定。要使整個(gè)土體達(dá)到力的平衡，其未知力還有：每一土條底部的有效法向反力，共每一土條底部的有效法向反力，共n個(gè)；兩相鄰?fù)翖l分界面上個(gè)；兩相鄰?fù)翖l分界面上的法向條間力的法向條間力Ei，共，共n-1個(gè)，切向條間力個(gè)，切向條間力Xi，共，共n-1個(gè)；兩相鄰個(gè)；兩相鄰?fù)翖l間力土條間力Xi及及Ei合力作用點(diǎn)位置合力作用點(diǎn)位置Zi，共，共n-1個(gè)；每一土條底部切個(gè)；每一土條底部切力力Ti及法向力及法向力Ni的合力作用點(diǎn)位置的合力作用點(diǎn)位置ai，共，共n個(gè)。另外，滑體的安個(gè)。另外，滑體的安全系數(shù)全系數(shù)Fs，

12、l個(gè)。個(gè)。綜合上述分析，我們得到共計(jì)有綜合上述分析，我們得到共計(jì)有5n-2個(gè)未知量，我們能得到個(gè)未知量，我們能得到的只有各土條水平向及垂直向力的平衡以及土條的力矩平衡共的只有各土條水平向及垂直向力的平衡以及土條的力矩平衡共計(jì)計(jì)3n個(gè)方程。因而，邊坡的穩(wěn)定分析實(shí)際上是一個(gè)求解高次超個(gè)方程。因而，邊坡的穩(wěn)定分析實(shí)際上是一個(gè)求解高次超靜定問(wèn)題。要使問(wèn)題有唯一解就必須建立新的條件方程。解決靜定問(wèn)題。要使問(wèn)題有唯一解就必須建立新的條件方程。解決的途徑有兩個(gè)：一個(gè)是利用變形協(xié)調(diào)條件，引進(jìn)土體的應(yīng)力的途徑有兩個(gè)：一個(gè)是利用變形協(xié)調(diào)條件，引進(jìn)土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，另一個(gè)是作出各種簡(jiǎn)化假定以減少未知量或增加方應(yīng)變

13、關(guān)系，另一個(gè)是作出各種簡(jiǎn)化假定以減少未知量或增加方程數(shù)。前者會(huì)使問(wèn)題變得異常復(fù)雜，工程界基本上不采用，后程數(shù)。前者會(huì)使問(wèn)題變得異常復(fù)雜，工程界基本上不采用，后者采用不同的假定和簡(jiǎn)化，而導(dǎo)出不同的方法。者采用不同的假定和簡(jiǎn)化，而導(dǎo)出不同的方法。 假定假定n-1個(gè)個(gè)Xi值，更簡(jiǎn)單地假定所有值，更簡(jiǎn)單地假定所有Xi=0(條塊間的合力是水條塊間的合力是水平的平的),這就是常用的畢肖普方法。這就是常用的畢肖普方法。假定假定Xi與與Ei的交角或條間力合力的方向，而有斯賓塞的交角或條間力合力的方向，而有斯賓塞(Spencer.E)法法(條塊間力的合力的方向相互平行條塊間力的合力的方向相互平行)，摩根斯坦普，

14、摩根斯坦普賴(lài)斯法賴(lài)斯法(MorgenstemN.R，Price.V.E)(兩相鄰條塊法向條間力兩相鄰條塊法向條間力和切向條間力之間存在一個(gè)對(duì)水平方向坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系和切向條間力之間存在一個(gè)對(duì)水平方向坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系)、沙爾、沙爾瑪法瑪法(Sarma.S.K.)(沿條塊側(cè)面達(dá)到極限平衡沿條塊側(cè)面達(dá)到極限平衡)以及不平衡推力傳以及不平衡推力傳遞法。遞法。假定條間力合力的作用點(diǎn)位置，而有簡(jiǎn)布假定條間力合力的作用點(diǎn)位置，而有簡(jiǎn)布(N.Janbu)提出的普提出的普遍條分法。遍條分法。 大量研究表明，為減少未知量所作的各種假設(shè)，在大量研究表明，為減少未知量所作的各種假設(shè)，在滿(mǎn)足合理性要求的條件下，求出的安全系

15、數(shù)差別都不大。滿(mǎn)足合理性要求的條件下，求出的安全系數(shù)差別都不大。因而，從工程實(shí)用觀點(diǎn)來(lái)看，在計(jì)算方法中無(wú)論采用何因而，從工程實(shí)用觀點(diǎn)來(lái)看，在計(jì)算方法中無(wú)論采用何種假定，并不影響最后求得的穩(wěn)定安全系數(shù)值。我們進(jìn)種假定，并不影響最后求得的穩(wěn)定安全系數(shù)值。我們進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析的目的，就是要找出所有既滿(mǎn)足靜力平行邊坡穩(wěn)定分析的目的，就是要找出所有既滿(mǎn)足靜力平衡條件，同時(shí)又滿(mǎn)足合理性要求的安全系數(shù)解集。從工衡條件，同時(shí)又滿(mǎn)足合理性要求的安全系數(shù)解集。從工程實(shí)用角度看，就是找尋安全系數(shù)解集中最小的安全系程實(shí)用角度看，就是找尋安全系數(shù)解集中最小的安全系數(shù)，這相當(dāng)于這個(gè)解集的一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是邊坡穩(wěn)定數(shù)，這相

16、當(dāng)于這個(gè)解集的一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。安全系數(shù)。 極限平衡法長(zhǎng)期在工程中應(yīng)用，各行業(yè)應(yīng)用不同的極限平衡法長(zhǎng)期在工程中應(yīng)用，各行業(yè)應(yīng)用不同的方法，都積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，工程界就用這種虛擬狀態(tài)，方法，都積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，工程界就用這種虛擬狀態(tài)，來(lái)近似模擬實(shí)際工作狀態(tài)，再加上工程經(jīng)驗(yàn)從而作出工來(lái)近似模擬實(shí)際工作狀態(tài)，再加上工程經(jīng)驗(yàn)從而作出工程設(shè)計(jì)判斷。程設(shè)計(jì)判斷。2.22.2瑞典圓弧法瑞典圓弧法.1基本假定基本假定 瑞典圓弧法又簡(jiǎn)稱(chēng)為瑞典法或費(fèi)倫紐斯法，它是極限瑞典圓弧法又簡(jiǎn)稱(chēng)為瑞典法或費(fèi)倫紐斯法，它是極限平衡方法中最早而又最簡(jiǎn)單的方法，其基本假定如下：平衡方法中最早而又最

17、簡(jiǎn)單的方法，其基本假定如下： (1) (1)假定土坡穩(wěn)定屬平面應(yīng)變問(wèn)題，即可取其一縱剖面假定土坡穩(wěn)定屬平面應(yīng)變問(wèn)題，即可取其一縱剖面為代表進(jìn)行分析計(jì)算。為代表進(jìn)行分析計(jì)算。 (2) (2)假定滑裂面為圓柱面，即在剖面上滑裂面為圓??；假定滑裂面為圓柱面，即在剖面上滑裂面為圓??；弧面上的滑動(dòng)土體視為剛體，即計(jì)算中不考慮滑動(dòng)土體內(nèi)弧面上的滑動(dòng)土體視為剛體，即計(jì)算中不考慮滑動(dòng)土體內(nèi)部的相互作用力部的相互作用力(Ei(Ei，XiXi不考慮不考慮) )。 (3) (3)定義安全系數(shù)為滑裂面上所能提供的抗滑力矩之和定義安全系數(shù)為滑裂面上所能提供的抗滑力矩之和與外荷載及滑動(dòng)土體在滑裂面上所產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩和之比

18、；與外荷載及滑動(dòng)土體在滑裂面上所產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩和之比；所有力矩都以圓心所有力矩都以圓心O O為矩心。為矩心。 (4) (4)采用條分法進(jìn)行計(jì)算。采用條分法進(jìn)行計(jì)算。.2計(jì)算公式計(jì)算公式 圖圖2.32.3表示一均質(zhì)土坡，按瑞典法假定，其中任一豎表示一均質(zhì)土坡，按瑞典法假定，其中任一豎向土條向土條i i上的作用力。土條高為上的作用力。土條高為hihi，寬為，寬為bibi，WiWi為土為土條本身的自重力，條本身的自重力，NiNi為土條底部的總法向反力，為土條底部的總法向反力，TiTi為為土條底部土條底部( (滑裂面滑裂面) )上總的切向阻力；土條底部坡角為上總的切向阻力；土條底部坡角

19、為aiai；長(zhǎng)為；長(zhǎng)為lili，坡體容重為，坡體容重為ii，R R為滑裂面圓弧半徑，為滑裂面圓弧半徑，ABAB為滑裂圓弧面，為滑裂圓弧面，xixi為土條中心線(xiàn)到圓心為土條中心線(xiàn)到圓心O O的水平距的水平距離。離。.3滲流影響滲流影響當(dāng)土坡內(nèi)部有地下水滲流作用時(shí)，滑動(dòng)土體中存在滲透壓當(dāng)土坡內(nèi)部有地下水滲流作用時(shí)，滑動(dòng)土體中存在滲透壓力。邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮地下水滲透壓力的影響。力。邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮地下水滲透壓力的影響。同樣，在滑動(dòng)坡體中任取一豎向土條同樣，在滑動(dòng)坡體中任取一豎向土條i i，如圖，如圖2.42.4所示，如所示，如果將土條和土條中的水體一起作為脫離體時(shí)，此

20、時(shí)土條重力就果將土條和土條中的水體一起作為脫離體時(shí)，此時(shí)土條重力就包括土條和土條中的水體重力，即包括土條和土條中的水體重力，即(cos)sini iiii iisiiclWul tgFW2cossecsiniiiiiiiisiiiichubtgFhbiiiiWhb取單寬，即有，則21212()cossec()siniiimiiiiiisiimiiichhhbtgFhhb區(qū)別：（區(qū)別：（1飽和重度飽和重度Wi；（；（2考慮滑帶底部浮托力?？紤]滑帶底部浮托力。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，滑裂面是任意給定的。因而，需要對(duì)各種可設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，滑裂面是任意給定的。因而，需要對(duì)各種可能的滑裂面均進(jìn)行計(jì)算，從中找出安全系數(shù)最

21、小的滑裂面，即能的滑裂面均進(jìn)行計(jì)算，從中找出安全系數(shù)最小的滑裂面，即認(rèn)為是存在潛在滑動(dòng)最危險(xiǎn)的認(rèn)為是存在潛在滑動(dòng)最危險(xiǎn)的( (或最有可能的或最有可能的) )滑裂面?；衙?。用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算邊坡穩(wěn)定時(shí)，我們先在坡頂上方根據(jù)邊用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算邊坡穩(wěn)定時(shí)，我們先在坡頂上方根據(jù)邊坡特點(diǎn)或工程經(jīng)驗(yàn)，先設(shè)定一個(gè)各種可能產(chǎn)生的圓弧滑裂面的坡特點(diǎn)或工程經(jīng)驗(yàn)，先設(shè)定一個(gè)各種可能產(chǎn)生的圓弧滑裂面的圓心范圍，畫(huà)成正交網(wǎng)格，網(wǎng)格長(zhǎng)可根據(jù)精度要求而定，網(wǎng)格圓心范圍，畫(huà)成正交網(wǎng)格，網(wǎng)格長(zhǎng)可根據(jù)精度要求而定，網(wǎng)格交點(diǎn)即為可能的圓弧滑裂面的圓心，如圖交點(diǎn)即為可能的圓弧滑裂面的圓心，如圖2.52.5所示。對(duì)每個(gè)網(wǎng)結(jié)所示。對(duì)每個(gè)

22、網(wǎng)結(jié)點(diǎn)，分別取不同的半徑用式點(diǎn)，分別取不同的半徑用式(2.7)(2.7)或式或式(2.10)(2.10)進(jìn)行計(jì)算，得到該進(jìn)行計(jì)算，得到該圓心點(diǎn)的最危險(xiǎn)滑裂面圓心點(diǎn)的最危險(xiǎn)滑裂面(Fs(Fs最小對(duì)應(yīng)的滑裂面最小對(duì)應(yīng)的滑裂面) )。比較全部網(wǎng)結(jié)。比較全部網(wǎng)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)( (不同的圓心位置不同的圓心位置) )的的FsFs值，最小的值，最小的FsFs值對(duì)應(yīng)的圓心和圓弧即值對(duì)應(yīng)的圓心和圓弧即為所求的邊坡最危險(xiǎn)滑裂面。為了更精確的計(jì)算，可將該圓心為所求的邊坡最危險(xiǎn)滑裂面。為了更精確的計(jì)算，可將該圓心為原點(diǎn)，再細(xì)分小區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，按前述方法再進(jìn)行計(jì)算，類(lèi)似可為原點(diǎn)，再細(xì)分小區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，按前述方法再進(jìn)行計(jì)算，類(lèi)似可找出該

23、小區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中最小的找出該小區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中最小的FsFs。 2.3 Bishop條分法條分法 1iE1iXiEiX10,0iiXX假定()siniiiiiiisiiiicbWub tgFeWQR1sincosiiiistgFiQ2.4 Janbu條分法條分法 2.4.1基本假定基本假定簡(jiǎn)布簡(jiǎn)布(Janbu)法又稱(chēng)普遍條分法，它適用于任意形狀法又稱(chēng)普遍條分法，它適用于任意形狀的滑裂面。如圖的滑裂面。如圖2.7所示土坡滑動(dòng)的一般情況，坡面是所示土坡滑動(dòng)的一般情況，坡面是任意的，坡面上作用有各種荷載，在坡體的兩側(cè)作用有任意的，坡面上作用有各種荷載，在坡體的兩側(cè)作用有側(cè)向推力側(cè)向推力Ea和和Eb，剪力，剪力

24、Ta和和Tb，滑裂面也是任意的。，滑裂面也是任意的。土條間作用力的合力作用點(diǎn)連線(xiàn)稱(chēng)為推力線(xiàn)。在土坡斷土條間作用力的合力作用點(diǎn)連線(xiàn)稱(chēng)為推力線(xiàn)。在土坡斷面中任取一土條，其上作用有集中荷載面中任取一土條，其上作用有集中荷載P，Q及均及均布荷載布荷載q，Wr為土條自重力，土條兩側(cè)作用有土條條為土條自重力，土條兩側(cè)作用有土條條間力間力E、T及及E+E，T+T，滑裂面上的作用力，滑裂面上的作用力S和和N。如圖。如圖2.8所示。所示。 為了求出一般情況下土坡穩(wěn)定安全系數(shù)以及滑裂面上的應(yīng)力為了求出一般情況下土坡穩(wěn)定安全系數(shù)以及滑裂面上的應(yīng)力分布分布,簡(jiǎn)布做了如下假定：簡(jiǎn)布做了如下假定： (1)假定邊坡穩(wěn)定為平

25、面應(yīng)變問(wèn)題。假定邊坡穩(wěn)定為平面應(yīng)變問(wèn)題。(2)假定整個(gè)滑裂面上的假定整個(gè)滑裂面上的穩(wěn)定安全系數(shù)是一樣的穩(wěn)定安全系數(shù)是一樣的,可用式可用式(2.1)表達(dá)。表達(dá)。(3)假定土條上所有垂假定土條上所有垂直荷載的合力直荷載的合力W:Wr+qx+P,其作用線(xiàn)和滑裂面的交點(diǎn)與其作用線(xiàn)和滑裂面的交點(diǎn)與N的作用點(diǎn)為同一點(diǎn)。的作用點(diǎn)為同一點(diǎn)。(4)假定已知推力線(xiàn)的位置假定已知推力線(xiàn)的位置,即簡(jiǎn)單地假即簡(jiǎn)單地假定土條側(cè)面推力成直線(xiàn)分布定土條側(cè)面推力成直線(xiàn)分布,如果坡面有超載如果坡面有超載, 推力成梯形分布推力成梯形分布,推推力線(xiàn)應(yīng)通過(guò)梯形的形心力線(xiàn)應(yīng)通過(guò)梯形的形心;如果無(wú)超載，推力線(xiàn)應(yīng)選在土條下三分如果無(wú)超載，推

26、力線(xiàn)應(yīng)選在土條下三分點(diǎn)附近點(diǎn)附近,對(duì)非粘性土對(duì)非粘性土(c=0)可在三分點(diǎn)處可在三分點(diǎn)處,對(duì)粘性土對(duì)粘性土(c0),可選在三可選在三分點(diǎn)以上分點(diǎn)以上(被動(dòng)情況被動(dòng)情況)或選在三分點(diǎn)以下或選在三分點(diǎn)以下(主動(dòng)情況主動(dòng)情況)。2.52.5不平衡推力傳遞法不平衡推力傳遞法 在滑體中取第在滑體中取第i塊土條，如圖塊土條，如圖2.9所示，假定第所示，假定第i-1塊土條傳來(lái)的推力塊土條傳來(lái)的推力Pi-1的方向平行于第的方向平行于第i-1塊土條的底塊土條的底滑面，而第滑面，而第i塊土條傳送給第塊土條傳送給第i+1塊土塊土條的推力條的推力Pi平行于第平行于第i塊土條的底滑塊土條的底滑面。即是說(shuō)，假定每一分界上

27、推力面。即是說(shuō)，假定每一分界上推力的方向平行于上一土條的底滑面，的方向平行于上一土條的底滑面，第第i塊土條承受的各種作用力示于圖塊土條承受的各種作用力示于圖2.9中。將各作用力投影到底滑面上，中。將各作用力投影到底滑面上，其平衡方程如下：其平衡方程如下：11111cossin(sincos)(2.44)cos()sin()(2.45)i iiii iiiiiiiiiiissiiiiiisclWu lQPWQtgPFFtgF式中： 式式(2.44)(2.44)中第中第1 1項(xiàng)表示本土條的下滑力，第項(xiàng)表示本土條的下滑力，第2 2項(xiàng)表示土條的項(xiàng)表示土條的抗滑力，第抗滑力，第3 3項(xiàng)表示上一土條傳下來(lái)

28、的不平衡下滑力的影響，項(xiàng)表示上一土條傳下來(lái)的不平衡下滑力的影響，稱(chēng)為傳遞系數(shù)。在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，需利用式稱(chēng)為傳遞系數(shù)。在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，需利用式(2.44)(2.44)進(jìn)行試算。進(jìn)行試算。即假定一個(gè)即假定一個(gè)FsFs值，從邊坡頂部第值，從邊坡頂部第1 1塊土條算起求出它的不平衡塊土條算起求出它的不平衡下滑力下滑力P1(P1(求求P1P1時(shí)，式中右端第時(shí)，式中右端第3 3項(xiàng)為零項(xiàng)為零) )，即為第，即為第l l和第和第2 2塊土塊土條之間的推力。再計(jì)算第條之間的推力。再計(jì)算第2 2塊土條在原有荷載和塊土條在原有荷載和P1P1作用下的不作用下的不平衡下滑力平衡下滑力P2P2，作為第，作為第2 2塊

29、土條與第塊土條與第3 3塊土條之間的推力。塊土條之間的推力。 依此計(jì)算到第依此計(jì)算到第n n塊塊( (最后一塊最后一塊) )，如果該塊土條在原有荷載，如果該塊土條在原有荷載及推力及推力Pn-1Pn-1作用下，求得的推力作用下，求得的推力PnPn剛好為零，則所設(shè)的剛好為零，則所設(shè)的FsFs即為即為所求的安全系數(shù)。如所求的安全系數(shù)。如PnPn不為零，則重新設(shè)定不為零，則重新設(shè)定FsFs值，按上述步驟值，按上述步驟重新計(jì)算，直到滿(mǎn)足重新計(jì)算，直到滿(mǎn)足Pn=0Pn=0的條件為止。一般可取的條件為止。一般可取3 3個(gè)個(gè)FsFs同時(shí)試同時(shí)試算，求出對(duì)應(yīng)的算，求出對(duì)應(yīng)的3 3個(gè)個(gè)PnPn值，作出值，作出Pn

30、PnFsFs曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)上找出曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)上找出Pn=0Pn=0時(shí)的時(shí)的FsFs值，該值，該FsFs值即為所求。值即為所求。 為了使計(jì)算工作更加簡(jiǎn)化，在工程單位常采用快捷的簡(jiǎn)化為了使計(jì)算工作更加簡(jiǎn)化，在工程單位常采用快捷的簡(jiǎn)化方法：即對(duì)每一塊土條用下式計(jì)算不平衡下滑力：方法：即對(duì)每一塊土條用下式計(jì)算不平衡下滑力： 不平衡下滑力不平衡下滑力= =下滑力下滑力FsFs抗滑力。由此，式抗滑力。由此，式(2.44)(2.44)可可改寫(xiě)為：改寫(xiě)為：求解Fs的條件仍是Pn=0。由此可得出一個(gè)含F(xiàn)s的一次方程，故可以直接算出Fs而不用試算。所得結(jié)果與前述復(fù)雜的試算方法有時(shí)相差不大，但計(jì)算卻大為簡(jiǎn)化了。如果采

31、用總應(yīng)力法，式(2.46)中可略去uili項(xiàng)，c、值可根據(jù)土的性質(zhì)及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，采用勘測(cè)試驗(yàn)和滑坡反算相結(jié)合的方法來(lái)確定。Fs值可根據(jù)滑坡現(xiàn)狀及其對(duì)工程的影響等因素確定，一般取l.051.25。另外，要注意土條之間不能承受拉力，當(dāng)任何土條的推力Pi如果出現(xiàn)負(fù)值，則意味著Pi不再向下傳遞，而在計(jì)算下一塊土條時(shí)，上一塊土條對(duì)其的推力取Pi-1=0。 傳遞系數(shù)法能夠計(jì)及土條界面上剪力的影響，計(jì)算也不繁雜，具有適用而又方便的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)的鐵道部門(mén)得到廣泛采用。本法只考慮了力的平衡，對(duì)力矩平衡沒(méi)有考慮，這存在不足。但因其計(jì)算簡(jiǎn)捷，在很多實(shí)際工程問(wèn)題中，F(xiàn)s的計(jì)算結(jié)果比較貼近實(shí)際，滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)需求。所以，該

32、方法還是為廣大工程技術(shù)人員所樂(lè)于采用。11111(sincos)(cossin)(2.46)cos()sin()(2.47)isiiiii iiii iiiiiiiiiiiiPF WQclWulQtgPtg式中：計(jì)算方法所滿(mǎn)足的平衡條件滑面形式條塊法向與切向力的關(guān)系整體力矩條塊力矩垂直力水平力Push任意假定條塊間力的方向Sarma任意滿(mǎn)足莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則瑞典圓弧法圓弧無(wú)條間力Bishop圓弧僅考慮水平力Janbu任意假定條塊間作用力的位置Spencer任意認(rèn)為水平力與切向力的比值為常數(shù)表表 各種極限平衡分析法的比較各種極限平衡分析法的比較邊坡破壞的基本類(lèi)型滑坡(剪破壞)傾倒破壞邊坡破壞的基本類(lèi)

33、型楔形體滑動(dòng)圓弧形滑動(dòng)單平面滑動(dòng)雙平面滑動(dòng)多平面滑動(dòng)平面滑動(dòng)崩塌(拉破壞)劃分依據(jù)：滑面形態(tài)、數(shù)目、組合特征和力學(xué)機(jī)理。劃分依據(jù)：滑面形態(tài)、數(shù)目、組合特征和力學(xué)機(jī)理。判斷下列斜坡破壞屬于哪種類(lèi)型？判斷下列斜坡破壞屬于哪種類(lèi)型？單平面滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算圖單平面滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算圖sincosGLCtgGFFjjrs一、單平面滑動(dòng)一、單平面滑動(dòng)1、僅有重力作、僅有重力作用時(shí)用時(shí)滑動(dòng)面上的抗滑滑動(dòng)面上的抗滑力：力：Fs=Gcostgj+CjL 滑動(dòng)力：滑動(dòng)力：FrGsin穩(wěn)定性系數(shù)：穩(wěn)定性系數(shù)：滑動(dòng)體極限滑動(dòng)體極限高度高度HcrHcr為：為：)sin()sin(cossin2jjjcrgCHtgtgj忽略滑

34、動(dòng)面上內(nèi)聚力(Cj=0)時(shí)當(dāng)Cj=0，j時(shí)，1，Hcr 0沉積巖層面、泥化面的Cj值均很小，因而，在這些軟弱面傾角大于j的條件下，即使邊坡高度僅在幾米之間，也會(huì)引起巖體發(fā)生相當(dāng)規(guī)模的平面滑動(dòng)。)sin(sinsin2gHCtgtgjjsincosGLCtgGjj2、有水壓力作用、有水壓力作用有地下滲流時(shí)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算圖有地下滲流時(shí)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算圖作用于CD上的靜水壓V為：25 . 0wwgZV作用于AD上的靜水壓力U為：sin21wwwwZHgZU邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為：cossin)sincos(VGADCtgVUGjj3、有水壓力作用與地震作用時(shí)、有水壓力作用與地震作用時(shí)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)cosc

35、ossin)sinsincos(EKjjEKFVGADCtgFVUGFEK=1G水平地震作用楔形體滑動(dòng)的滑動(dòng)面由兩個(gè)傾向相反、且其交線(xiàn)傾向與坡面傾向相同、傾角小于邊坡角的軟弱結(jié)構(gòu)面組成。二、楔形體滑動(dòng)二、楔形體滑動(dòng) 首先將滑體自重首先將滑體自重G分解為垂直交線(xiàn)分解為垂直交線(xiàn)BD的分量的分量N和平行交和平行交線(xiàn)的分量線(xiàn)的分量(即滑動(dòng)力即滑動(dòng)力Gsin)，然后將，然后將N投影到兩個(gè)滑動(dòng)投影到兩個(gè)滑動(dòng)面的法線(xiàn)方向，求得作用于滑動(dòng)面上的法向力面的法線(xiàn)方向，求得作用于滑動(dòng)面上的法向力N1和和N2，最后求得抗滑力及穩(wěn)定性系數(shù)。最后求得抗滑力及穩(wěn)定性系數(shù)。 可能滑動(dòng)體的滑動(dòng)力為可能滑動(dòng)體的滑動(dòng)力為Gsin，

36、垂直交線(xiàn)的分量為，垂直交線(xiàn)的分量為NGcos。將。將Gcos投影到投影到ABD和和BCD面的法線(xiàn)方面的法線(xiàn)方向上，求得法向力向上，求得法向力N1、N2穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算的基本思路)sin(sincos)sin(sin)sin(sincos)sin(sin21121122122121GNNGNN； 邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)n邊坡的抗滑力BCDABDsSCSCtgNtgNF212211sin212211GSCSCtgNtgNBCDABD三、同向雙平面滑動(dòng)三、同向雙平面滑動(dòng)(折線(xiàn)滑動(dòng)折線(xiàn)滑動(dòng)) 第一種情況為滑動(dòng)體內(nèi)不存在結(jié)構(gòu)面，視滑動(dòng)體為剛體，采用力平衡圖解法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù); 第二種情況為滑動(dòng)體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面并將

37、滑動(dòng)體切割成若干塊體的情況，這時(shí)需分塊計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。1.滑動(dòng)體為剛體的情況滑動(dòng)體為剛體的情況ABCD為可能滑動(dòng)體，根據(jù)滑為可能滑動(dòng)體，根據(jù)滑動(dòng)面產(chǎn)狀分為動(dòng)面產(chǎn)狀分為、兩個(gè)塊兩個(gè)塊體。體。F為塊體為塊體對(duì)塊體對(duì)塊體的作用的作用力，力，F(xiàn)為塊體為塊體對(duì)塊體對(duì)塊體的作用力，的作用力，F(xiàn)和和F大小相大小相等，方向相反，其作用方向等，方向相反，其作用方向的傾角為的傾角為=b1?；瑒?dòng)面滑動(dòng)面AB以下巖體對(duì)塊體以下巖體對(duì)塊體的反力的反力R1(摩阻力摩阻力) 與與AB面面法線(xiàn)的夾角為法線(xiàn)的夾角為1。222|12222222|12cossin)sincos)GtgFtgC LGF（2.滑動(dòng)體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面

38、的情況滑動(dòng)體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面的情況在滑動(dòng)過(guò)程中，滑動(dòng)體除沿滑動(dòng)面滑動(dòng)外，在滑動(dòng)過(guò)程中，滑動(dòng)體除沿滑動(dòng)面滑動(dòng)外，被結(jié)構(gòu)面分割開(kāi)的塊體之間還要產(chǎn)生相互被結(jié)構(gòu)面分割開(kāi)的塊體之間還要產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)。錯(cuò)動(dòng)。采用分塊極限平衡法和不平衡推力傳遞法進(jìn)采用分塊極限平衡法和不平衡推力傳遞法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。行穩(wěn)定性計(jì)算。AB面BC面BD面1111tgNABCS2222tgNBCCS33QtgBDCS塊體)cos()()sin()()sin(cos)cos(sin1311312131111113112tgtgtgtgBDCtgtgWABCBDCWQ0cos)sin()cos(0sin)cos()sin(1111111111

39、WSQNWSQS)cos()()sin()()sin(cos)cos(sin2232322232222223222tgtgtgtgBDCtgtgWBCCBDCWQ塊體塊體塊體四、多平面滑動(dòng)四、多平面滑動(dòng) 邊坡巖體的多平面滑動(dòng)， 分為一般多平面滑動(dòng)和 階梯狀滑動(dòng)兩個(gè)亞類(lèi)。 階梯狀滑動(dòng)，破壞面由多個(gè)實(shí)際滑動(dòng)面和受拉面組成，呈階梯狀，其穩(wěn)定性的計(jì)算思路與單平面滑動(dòng)相同，即將滑動(dòng)體的自重 (僅考慮重力作用時(shí))分解為垂直滑動(dòng)面的分量和平行滑動(dòng)面的分量。)sin(sinsin)sin(2)cos(2gHCtgtgtjjSLIDESLIDE軟件邊坡的極限平衡分析系統(tǒng)軟件邊坡的極限平衡分析系統(tǒng)SLIDE是一種

40、功能強(qiáng)大的邊坡穩(wěn)定性分析軟件，主要針對(duì)土是一種功能強(qiáng)大的邊坡穩(wěn)定性分析軟件，主要針對(duì)土質(zhì)或巖石邊坡進(jìn)行圓弧或非圓弧失效面的穩(wěn)定性計(jì)算。質(zhì)或巖石邊坡進(jìn)行圓弧或非圓弧失效面的穩(wěn)定性計(jì)算。SLIDE運(yùn)用垂直剖面的極限平衡原理分析滑動(dòng)面的穩(wěn)定性。它既能分運(yùn)用垂直剖面的極限平衡原理分析滑動(dòng)面的穩(wěn)定性。它既能分析單一的滑動(dòng)面，也能針對(duì)一給定邊坡確定出其危險(xiǎn)滑動(dòng)面的析單一的滑動(dòng)面，也能針對(duì)一給定邊坡確定出其危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置?？梢杂貌煌姆绞侥M外載、地下水以及各種支護(hù)措施位置。可以用不同的方式模擬外載、地下水以及各種支護(hù)措施的作用。的作用。主要特色特色包括：主要特色特色包括：圓弧或非圓弧滑動(dòng)面的滑面搜尋法；

41、圓弧或非圓弧滑動(dòng)面的滑面搜尋法；Bishop、Janbu、Spencer、GLE/Morgenstern-Price以及其它以及其它分析方法；分析方法；包含各向異性、非線(xiàn)性莫爾包含各向異性、非線(xiàn)性莫爾-庫(kù)侖材料和其它多種材料模型；庫(kù)侖材料和其它多種材料模型；地下水皮茲面、地下水皮茲面、Ru因子、孔隙壓力網(wǎng)格和有限單元滲流分因子、孔隙壓力網(wǎng)格和有限單元滲流分析；析；邊坡穩(wěn)定性概率分析，給出邊坡失效的概率或可靠指標(biāo)）；邊坡穩(wěn)定性概率分析，給出邊坡失效的概率或可靠指標(biāo)）；外載線(xiàn)性、均布以及地震力的作用等；外載線(xiàn)性、均布以及地震力的作用等；支護(hù)土釘、錨索桿）、樁等的前后處理與分析；支護(hù)土釘、錨索桿）、

42、樁等的前后處理與分析；可視化功能強(qiáng)大?？梢暬δ軓?qiáng)大。（b b極限平衡分析極限平衡分析 （aSLIDE V. 5.0界面界面 （c c滑動(dòng)面搜索滑動(dòng)面搜索 （d加固效果分析加固效果分析 圖圖1 SLIDE軟件及其分析結(jié)果軟件及其分析結(jié)果邊坡研究框圖邊坡研究框圖開(kāi)挖后的重分開(kāi)挖后的重分布應(yīng)力、大小布應(yīng)力、大小力學(xué)模型建立介質(zhì)模型、應(yīng)力、力學(xué)參數(shù)、變形破壞機(jī)理、邊界條件力學(xué)模型建立介質(zhì)模型、應(yīng)力、力學(xué)參數(shù)、變形破壞機(jī)理、邊界條件.）穩(wěn)定性分析計(jì)算剛體極限平衡理論、有限元穩(wěn)定性分析計(jì)算剛體極限平衡理論、有限元.）數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)力學(xué)分析分析法法邊坡巖體地質(zhì)特征邊坡巖體地質(zhì)特征地層、巖性、結(jié)構(gòu)地層、巖

43、性、結(jié)構(gòu)面特征及分布、地下面特征及分布、地下水等）水等）地質(zhì)模型建立地質(zhì)模型建立（平、剖面圖）（平、剖面圖）工工程程地地質(zhì)質(zhì)研研究究方方法法巖塊、結(jié)構(gòu)面力巖塊、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)試學(xué)性質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)：求變形、強(qiáng)驗(yàn)：求變形、強(qiáng)度參數(shù)）度參數(shù)）應(yīng)力條件建筑應(yīng)力條件建筑物作用力、天然物作用力、天然應(yīng)力、水壓力、應(yīng)力、水壓力、地震力等）地震力等）巖體力學(xué)性質(zhì)，力學(xué)參數(shù)巖體力學(xué)性質(zhì)，力學(xué)參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)）試試驗(yàn)驗(yàn)法法綜合評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)工程設(shè)計(jì)要求工程設(shè)計(jì)要求安全系數(shù)安全系數(shù)不穩(wěn)定、不合理不穩(wěn)定、不合理綜合綜合評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)法法穩(wěn)定、合理穩(wěn)定、合理其它判別指標(biāo)其它判別指標(biāo)工程設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)修改

44、方案或修改修改方案或修改角角施工施工有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法的基本原理1trialccF 1arctan(tan )trialF 進(jìn)行強(qiáng)度折減非線(xiàn)性有限元分析要有一個(gè)過(guò)硬的非線(xiàn)性有進(jìn)行強(qiáng)度折減非線(xiàn)性有限元分析要有一個(gè)過(guò)硬的非線(xiàn)性有限元程序和收斂性能良好的本構(gòu)模型。因?yàn)槭諗渴】赡鼙砻飨拊绦蚝褪諗啃阅芰己玫谋緲?gòu)模型。因?yàn)槭諗渴】赡鼙砻鬟吰乱呀?jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也可能僅僅是有限元模型中某些數(shù)邊坡已經(jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也可能僅僅是有限元模型中某些數(shù)值問(wèn)題造成計(jì)算不收斂。值問(wèn)題造成計(jì)算不收斂。 具有兩組平行節(jié)理面的巖質(zhì)邊坡算例具有兩組平行節(jié)理面的巖質(zhì)邊坡算例 如下圖，兩組方向不同的節(jié)理，貫通率100%，第

45、一組軟弱結(jié)構(gòu)面傾角30度，平均間距10m，第二組軟弱結(jié)構(gòu)面傾角75度，平均間距10m，巖體以及結(jié)構(gòu)面計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2.4.1。按照2維平面應(yīng)變問(wèn)題建立有限元模型。資料名稱(chēng)重度彈性模量泊松比內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角kN/m3MPa MPa度巖體25100000.21.038第一組節(jié)理17100.30.1224第二組節(jié)理17100.30.1224 表表2.4.1 2.4.1 計(jì)算采用物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算采用物理力學(xué)參數(shù) 表2.4.2 計(jì)算結(jié)果 計(jì)算方法安全系數(shù)有限元法外接圓屈服準(zhǔn)則）1.62有限元法等面積圓屈服準(zhǔn)則）1.33極限平衡方法(Spencer)1.36 通過(guò)有限元強(qiáng)度折減，求得的滑動(dòng)面如圖2.4

46、(a)所示,它是最先貫通的塑性區(qū)。塑性區(qū)貫通并不等于破壞，當(dāng)塑性區(qū)貫通后塑性發(fā)展到一定程度，巖體發(fā)生整體破壞，同時(shí)出現(xiàn)第二、三條貫通的塑性區(qū)，如圖2-(b)，程序還可以動(dòng)畫(huà)模擬邊坡失去穩(wěn)定的過(guò)程，從動(dòng)畫(huà)演示過(guò)程可以看出邊坡的破壞過(guò)程也整體破壞的過(guò)程。 圖2.4(a)首先貫通的滑動(dòng)面 圖2.4(b)滑動(dòng)面繼續(xù)發(fā)展帶軟弱夾層的土坡穩(wěn)定分析算例帶軟弱夾層的土坡穩(wěn)定分析算例 這個(gè)算例最早是由Frelund和Krahn(1977)提出的，隨后被廣泛引證。該土坡在坡底1m深處含有一個(gè)0.5m厚的軟弱夾層。計(jì)算方法安全系數(shù)澳大利亞莫納什大學(xué)土坡穩(wěn)定分析軟件GWEDGEM1.288陳祖煜和邵長(zhǎng)明1.242Do

47、nald和Giam1.270加拿大邊坡計(jì)算程序slope/w（Spencer) 1.252有限元強(qiáng)度折減法1.256不同方法求得的穩(wěn)定安全系數(shù) 用有限元強(qiáng)度折減法求得的滑動(dòng)面用有限元強(qiáng)度折減法求得的滑動(dòng)面福寧高速公路福寧高速公路A15-2標(biāo)段二埔塘標(biāo)段二埔塘2號(hào)深路塹高邊坡算例號(hào)深路塹高邊坡算例 碎石土強(qiáng)風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r堆土弱風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r 未開(kāi)挖前的原始地貌斷面一）福鼎至寧德高速公路A15-2標(biāo)段K102+720-K102+900右側(cè)路塹高邊坡位于霞浦縣鹽田鄉(xiāng)二鋪村西側(cè)，邊坡設(shè)計(jì)最高為50m，長(zhǎng)180m，工點(diǎn)附近屬丘陵剝蝕地貌，地形陡峭，路塹穿過(guò)的山體平均坡度大于25度。該路塹的施工是先清除表

48、層植被，設(shè)置坡頂截水溝后從上向下逐級(jí)開(kāi)挖，當(dāng)挖到第二級(jí)邊坡后標(biāo)高約103m，路基設(shè)計(jì)標(biāo)高85m），2000年10月12日坡頂開(kāi)始出現(xiàn)裂縫；10月15日，k102+740-k102+770段第五級(jí)邊坡跨塌，此后坡頂裂縫發(fā)展較快，裂縫達(dá)到10-50cm。自出現(xiàn)裂縫后便停止施工，進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘察，然后修改設(shè)計(jì)，清除已經(jīng)發(fā)生滑坡破碎體，放緩邊坡坡度，同時(shí)進(jìn)行防滑加固，主要措施為預(yù)應(yīng)力錨索格子梁加固，修筑截排水天溝。原設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面 修改設(shè)計(jì)后開(kāi)挖斷面及加固措施 不同工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)穩(wěn)定安全系數(shù)未開(kāi)挖前1.31按照原設(shè)計(jì)開(kāi)挖0.92按照修改設(shè)計(jì)開(kāi)挖（未加錨索）1.06按照修改設(shè)計(jì)開(kāi)挖（加錨索）2.

49、45按照原設(shè)計(jì)開(kāi)挖后的滑動(dòng)面 滑動(dòng)面按照修改設(shè)計(jì)進(jìn)行二次開(kāi)挖沒(méi)有支護(hù)情況下的滑動(dòng)面具有多條非貫通結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡算例具有多條非貫通結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡算例如下圖，結(jié)構(gòu)面AB,CD傾角均為45度,AB=21.21m,CD=14.14m,CE=35m,AD=10m。此時(shí)的強(qiáng)度折減系數(shù)為2.7。 材料材料彈性彈性?xún)?nèi)摩內(nèi)摩名稱(chēng)名稱(chēng)模量模量擦角擦角kN/mkN/m3 3PaPaMPaMPa度度巖體251.00E+100.2130結(jié)構(gòu)面181.00E+070.30.0618重度重度泊松比泊松比內(nèi)聚力內(nèi)聚力 物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算取值如圖所表示，在上圖的基礎(chǔ)上增加與AB平行結(jié)構(gòu)面FG，F(xiàn)G與CD共線(xiàn)，F(xiàn)G=AB=21.2

50、1m，DF=14.14m,AF=AD=10m。通過(guò)有限元計(jì)算得到邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為2.3 。將FG向右移動(dòng)5m，使AF=15m，DF=18.03m，AD=10m，左下圖是最先貫通的滑動(dòng)面，然后滑動(dòng)面繼續(xù)發(fā)展，AB和CD也出現(xiàn)貫通，如右下圖,此時(shí)的強(qiáng)度折減系數(shù)為2.6。 若將FG再向右移動(dòng)5m，使AF=20m，此時(shí)AD=10m，F(xiàn)D=22.36m，如圖所表示，此時(shí)結(jié)構(gòu)面從AD貫通，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度折減系數(shù)為2.7。 通過(guò)對(duì)比計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在巖體及結(jié)構(gòu)面參數(shù)相同的情況下，通過(guò)對(duì)比計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在巖體及結(jié)構(gòu)面參數(shù)相同的情況下，結(jié)構(gòu)面之間的貫通機(jī)制受結(jié)構(gòu)面幾何位置、傾角、結(jié)構(gòu)面之結(jié)構(gòu)面之間的貫通機(jī)制受結(jié)構(gòu)面幾何位

51、置、傾角、結(jié)構(gòu)面之間巖橋的傾角、巖橋長(zhǎng)度等因素的影響。間巖橋的傾角、巖橋長(zhǎng)度等因素的影響。巖橋傾角與兩端結(jié)構(gòu)面傾角越接近時(shí)，巖橋越容易貫通巖橋傾角與兩端結(jié)構(gòu)面傾角越接近時(shí)，巖橋越容易貫通形成滑動(dòng)面。形成滑動(dòng)面。如下圖，結(jié)構(gòu)面如下圖，結(jié)構(gòu)面1 1到到3 3的距離最近，的距離最近，AD=21.21m,FD=15.81mAD=21.21m,FD=15.81m，但是滑動(dòng)面卻沒(méi)有從但是滑動(dòng)面卻沒(méi)有從1-31-3之間貫通，而是之間貫通，而是1 1和和2 2之間貫通，這是之間貫通，這是因?yàn)閺囊驗(yàn)閺腄ADA貫通后形成的直線(xiàn)了滑動(dòng)面。貫通后形成的直線(xiàn)了滑動(dòng)面。巖橋長(zhǎng)度越短時(shí)，巖橋也越容易貫通形成滑動(dòng)面，如下圖，結(jié)構(gòu)面AB傾角71.6，AD與CE平行，雖然結(jié)構(gòu)面1和結(jié)構(gòu)面3之間的巖橋傾角與結(jié)構(gòu)面相同，但是結(jié)構(gòu)面1和2之間的巖橋距離AD=10m比1和3的距離FD=21.21m小，滑動(dòng)面從結(jié)構(gòu)面1和2之間貫通。