第七章土坡穩(wěn)定

第七章

土坡穩(wěn)定分析第七章土坡穩(wěn)定分析

具有傾斜面的土體坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高§7.1概述§7.2無(wú)黏性土土坡的穩(wěn)定分析§7.3黏性土土坡的穩(wěn)定分析第七章土坡穩(wěn)定分析一.土坡1．天然土坡：由于地質(zhì)作用自然形成的土坡。

§7.1概述山、嶺、丘、崗、天然坡2．人工土坡：在天然土體中開(kāi)挖或填筑而成的土坡。

挖方：溝、渠、坑、池填方：堤、壩、路基、堆料江、河、湖、海岸坡土坡:具有傾斜面的土體滑坡——一種重大的地質(zhì)災(zāi)害，我國(guó)是滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家。邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分巖土體相對(duì)于另一部分巖土體發(fā)生滑動(dòng)的現(xiàn)象滑動(dòng)體滑動(dòng)面滑坡前緣滑坡壁滑坡方向§7.1概述二.滑坡二.滑坡什么是滑坡？

指土坡在一定范圍內(nèi)整體地沿某一滑動(dòng)面向下和向外移動(dòng)而喪失其穩(wěn)定性。§7.1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)§7.1概述1、土坡失穩(wěn)的原因二、滑坡

（1）土坡作用力發(fā)生變化

（2）土的抗剪強(qiáng)度降低

（3）靜水壓力

（4）滲透力

2、滑坡的形狀：黏性土均質(zhì)土坡：曲線形狀、坡頂處滑動(dòng)面近于垂直，坡角處與地面斜交；無(wú)黏性土坡：近似于直線；有軟弱夾層土坡：出現(xiàn)自由曲面和直線組成的復(fù)合滑動(dòng)面。本章研究的均為簡(jiǎn)單土坡。坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高土坡中土體內(nèi)部某個(gè)面上的剪應(yīng)力達(dá)到了土的抗剪強(qiáng)度§7.1概述3、滑坡的類(lèi)型：紫坪鋪水庫(kù)2號(hào)泄洪洞出口滑坡云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡三峽庫(kù)區(qū)滑坡問(wèn)題－蓄水2001年，重慶市云陽(yáng)縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國(guó)務(wù)院已經(jīng)決定撥款40億元，用于三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理。僅重慶就有150多個(gè)治理工程。1989年1月8日坡高103m地質(zhì)：流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理，還包括一個(gè)小型不連續(xù)面。事故：電站廠房比計(jì)劃推遲一年，修復(fù)時(shí)安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。 漫灣滑坡西藏易貢巨型滑坡時(shí)間：2000年4月9日規(guī)模：坡高3330m,堆積體2500m、寬約2500m，總方量=280-300×106m3天然壩：壩高=290m,庫(kù)容=1534×106m3地質(zhì)：風(fēng)化殘積土。險(xiǎn)情：湖水以每日0.5m速度上升。楔形槽滑坡后緣高程5520m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5520m2264m2210m2165m2340m易貢茶廠高程（m）滑距（m）滑坡堆積體2210m易貢藏布2264m553022004000080004000易貢巨型高速滑坡剖面示意圖200060002340m扎木弄溝滑坡堰塞湖—易貢湖湖水每天上漲50cm！公路路基滑坡城市中的滑坡問(wèn)題（香港，重慶）填方挖方§7.1概述香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20傷)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoadEarly1972滑坡前June1972滑坡后如何分析、判斷？

無(wú)黏性土坡-簡(jiǎn)單

黏性土坡-復(fù)雜§7.2無(wú)黏性土土坡的穩(wěn)定分析§7.2無(wú)黏性土土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無(wú)限長(zhǎng)坡，坡角為分析一微單元AWTNaA－直線滑動(dòng)法分析

一.不考慮滲流作用的土坡1)微單元A自重：2)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)

§7.2無(wú)黏性土土坡的穩(wěn)定分析TfNWNWTAβWTfNlh5)抗滑安全系數(shù)：4)抗滑力：無(wú)滲流作用的土坡討論§7.2無(wú)黏性土土坡的穩(wěn)定分析可見(jiàn)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)。即坡內(nèi)任一點(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)k都相等思考題：在干坡及靜水下坡中，如不變，k有什么變化β當(dāng)時(shí)，,稱為天然休止角二.考慮滲流作用的土坡§7.2無(wú)黏性土土坡的穩(wěn)定分析底面支撐力N，底面抗滑力TfTf滲透力平行坡面NW`TAβW`NlhJTfNW`J(2)滑動(dòng)力：(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力自重：滲透力：(3)抗滑力：(4)抗滑安全系數(shù)：有沿坡滲流情況討論：§7.2無(wú)黏性土土坡的穩(wěn)定分析

與無(wú)滲流比較k減小近一倍注：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)TfβW`NAlhJ§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析強(qiáng)度參數(shù)：黏聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：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?。▓A柱面）近似?！?.3黏性土坡的穩(wěn)定分析OR滑動(dòng)面大多為一曲面，破壞前，一般在坡頂首先出現(xiàn)張力裂縫，然后沿某一曲面產(chǎn)生整體滑動(dòng)。此外，滑動(dòng)體沿縱向也為一定范圍的曲面，為了簡(jiǎn)化，進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)往往假設(shè)滑動(dòng)面為圓筒面，并按平面應(yīng)變問(wèn)題處理。根據(jù)土坡的坡腳大小、土體強(qiáng)度指標(biāo)以及土中硬層位置的不同，圓筒滑動(dòng)面的形式一般有以下三種：

(1)圓弧滑動(dòng)面通過(guò)坡腳，稱為坡腳圓

(2)圓弧滑動(dòng)面通過(guò)坡面，稱為坡面圓

(3)圓弧滑動(dòng)面通過(guò)坡腳以外的點(diǎn)，稱為中點(diǎn)圓

均質(zhì)土層§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析坡腳圓坡面圓中點(diǎn)圓§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析常用的穩(wěn)定分析方法整體圓弧滑動(dòng)法（包括穩(wěn)定數(shù)法）。條分法：如瑞典條分法、Bishop條分法、Janbu條分法、Spencer

法、Morgenstern－Price法等。折線滑動(dòng)法（不平衡推力法）§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析1瑞典圓弧法2條分法3半圖解分析法確定最危險(xiǎn)滑弧OR§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析廣泛使用的圓弧滑動(dòng)法最初是由瑞典工程師提出的。冰川沉積厚層軟黏土一、整體圓弧法（瑞典圓弧法）§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析一、瑞典圓弧法（整體圓弧法）（一）分析計(jì)算方法1．假設(shè)條件：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)面上處于極限平衡狀態(tài)ORdW§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析一、整體圓弧法（瑞典圓弧法）（一）分析計(jì)算方法2.平衡條件（各力對(duì)O的力矩平衡）(1)滑動(dòng)力矩：(3)安全系數(shù)：(2)抗滑力矩：ORdCBAW§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析—ADC的弧長(zhǎng)D（二）討論1.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2.適用于飽和黏土§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析(三)驗(yàn)算步驟（1）假定多個(gè)不同的滑??；（2）試算求出多個(gè)相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)；（3）求最小穩(wěn)定安全系數(shù)對(duì)應(yīng)的滑?。ㄗ钗ｋU(xiǎn)滑弧）。對(duì)應(yīng)最危險(xiǎn)滑弧。§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析注:無(wú)法求理論解，是一個(gè)邊值問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)數(shù)值計(jì)算解決。一個(gè)簡(jiǎn)化解決方法是將滑動(dòng)土體分成條—條分法。實(shí)際是一種離散化計(jì)算方法二、條分法的基本原理及分析1．定義：

AORCsbB-2-101234567§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析

常用的條分法將滑動(dòng)土體分成n個(gè)等寬度的土條（b=0.1R)，分別求出個(gè)土條對(duì)滑弧圓心的抗滑動(dòng)力矩和滑動(dòng)力矩，求出總和后計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)；2.條分法第i條土的作用力E2i§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析WiE1iF2iNiTiF1iabcdLi摩擦力§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析假定E1i、E2i及F1i、F2i分別為作用力和反作用力，因而作用在土條上的力只有Wi、Ni、Ti（由此產(chǎn)生的誤差在10%~15%之間，偏于安全）根據(jù)隔離體的平衡條件：

NiWiTiabcdLi土條自重切向力Ti對(duì)滑動(dòng)圓心產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩：土條底部抗剪強(qiáng)度對(duì)滑動(dòng)圓心產(chǎn)生的抗滑動(dòng)力矩：則穩(wěn)定安全系數(shù)

2.條分法討論：§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析當(dāng)有成層土和有地下水情況時(shí)：

（1）分層計(jì)算土條重量；（2）c、φ按滑弧通過(guò)的土層采用不同值；（3）地下水位以下采用有效重度。則：穩(wěn)定安全系數(shù)三、半圖解分析法確定最危險(xiǎn)滑弧§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析作圖步驟：1、按比例繪制土坡斷面圖；2、查表7.1得β1、β2，確定O點(diǎn)；

3、確定M點(diǎn)位置（位于坡頂下2H深度處，距坡腳水平距離為4.5H），連接MO;4、當(dāng)φ=0時(shí)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓心即為O點(diǎn)；當(dāng)φ>0時(shí)，最危險(xiǎn)滑弧圓心在MO的延長(zhǎng)線附近；5、沿MO延長(zhǎng)線去取o1、o2……作為圓心，過(guò)坡腳繪出相應(yīng)的滑弧，求出穩(wěn)定安全系數(shù)kmin所對(duì)應(yīng)的圓心on§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析6、過(guò)on作MO的垂直線DE，并在DE線上任意選取……同上述方法求出最小穩(wěn)定安全系數(shù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，即為最危險(xiǎn)滑弧圓心，過(guò)坡腳得到最危險(xiǎn)的滑弧；§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析坡角坡度（垂直：水平）（°）（°）60°1：0.58294045°1：1283733°41′1：1.5263526°34′1：2.0253518°26′1：3.0253514°02′1：4.0253711°19′1：5.02537表7.1的數(shù)值四、土體穩(wěn)定性的影響因素（一）抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及穩(wěn)定安全系數(shù)的選擇§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析a、對(duì)任一種給定的土來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度指標(biāo)變化幅度之大遠(yuǎn)超過(guò)不同靜力計(jì)算方法之間的差別。應(yīng)盡可能結(jié)合邊坡的實(shí)際加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。b、重要的工程應(yīng)采用有效強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行核算。c、對(duì)于控制土坡穩(wěn)定的各個(gè)時(shí)期，應(yīng)分別采用不同試驗(yàn)方法的強(qiáng)度指標(biāo)。d、在設(shè)計(jì)土坡時(shí)，如附近有已經(jīng)滑動(dòng)的土坡，可用反分析法確定土的抗剪強(qiáng)度。1、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值2、安全系數(shù)的選用a、一般來(lái)說(shuō)，工程等級(jí)愈高，所需要的安全系數(shù)愈大。目前，對(duì)于土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，各個(gè)部門(mén)有不同的規(guī)定。b、同一邊坡穩(wěn)定分析，選用不同的試驗(yàn)方法、不同的穩(wěn)定分析方法，會(huì)得到不同的安全系數(shù)?！?.3黏性土坡的穩(wěn)定分析（一）抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及穩(wěn)定安全系數(shù)的選擇（二）工程中的土坡穩(wěn)定分析計(jì)算1、成層土和超載對(duì)土坡穩(wěn)定的影響（1）成層土層

a、

b、對(duì)土條，當(dāng)土條底面落在哪層土中，就用該層土的強(qiáng)度指標(biāo)（2）有超載的情況坡面或坡頂超載直接加入其所在土條的自重中去。§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析（三）滲流對(duì)土坡穩(wěn)定的影響1、靜水情況在靜水條件下周界上的水壓力對(duì)滑動(dòng)土體的影響可用靜水面以下滑動(dòng)土體所受的浮力來(lái)代替，所以穩(wěn)定安全系數(shù)公式同前，只是水下土條重量取有效重度γ`計(jì)算.2、穩(wěn)定滲流情況（1）“代替法”用代替法考慮滲流力對(duì)土坡穩(wěn)定的影響，僅是在安全系數(shù)計(jì)算公式中，土條重量在浸潤(rùn)線以上者用天然容重γ，坡外水位以下者用有效重度γ`。而對(duì)浸潤(rùn)線以下坡外水位以上的土條重量：分子用有效重度γ`，分母用飽和容重γsat計(jì)算?！?.3黏性土坡的穩(wěn)定分析h1ih2ih3ibi§7.3黏性土坡的穩(wěn)定分析（三）滲流對(duì)土坡穩(wěn)定的影響（1）“代替法”

設(shè)滑動(dòng)土體在浸潤(rùn)線以下部分fgB的面積為Aw，則作用在