-土坡穩(wěn)定分析課件

第9章土坡穩(wěn)定分析

Stabilityanalysisofsoilslopes具有傾斜面的土體坡肩坡頂坡面坡角坡趾坡高一.土坡：具有傾斜面的土體1．天然土坡1概述

江、河、湖、海岸坡一.土坡：具有傾斜面的土體1．天然土坡

山、嶺、丘、崗、天然坡1概述一、土坡：具有傾斜面的土體2．人工土坡¤

填方：堤、壩、路基、堆料1概述堤防1概述2．人工土坡二.滑坡的形式1概述二.滑坡2．造成滑坡的原因

降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤(rùn)線存在滲透力1)振動(dòng)：地震、爆破2)土中含水量和水位變化3)水流沖刷：使坡腳變陡4)凍融：凍脹力及融化含水量升高5)人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口1概述地震引發(fā)的滑坡云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡－開挖

江岸崩塌滑坡城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方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)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad安全系數(shù)的定義土坡沿著某一滑裂面的安全系數(shù)F是這樣定義的，土體沿著此滑裂面處處達(dá)到極限平衡，將土沿此面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c’/F,tan’/F,即=c’e+’e

tan’ec’e=c’/Ftan’e=tan’/F第二節(jié)

無粘性土土坡的穩(wěn)定分析2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析破壞形式：表面淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無限長(zhǎng)坡，坡角為分析一微單元AAWNT一.無滲流的無限長(zhǎng)土坡微單元A自重:

W=V沿坡滑動(dòng)力：對(duì)坡面壓力：(不考慮兩側(cè)作用力的影響，即假定相互抵消)

抗滑力：抗滑安全系數(shù)：2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析WRNAWNT二.有沿坡滲流情況1．沿坡滲流的情況：

降雨水位驟降的土壩（堤）上游正常蓄水土壩下游§9.2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析二.有沿坡滲流情況dldh流網(wǎng)

i＝dh/dl=sin二.有沿坡滲流情況(3)抗滑力：

(2)

滑動(dòng)力：2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析2．沿坡滲流無限長(zhǎng)砂土坡安全系數(shù)(4)安全系數(shù)：(1)取微單元A的土骨架為隔離體作用力自重：滲透力：底面支撐力N，底面抗滑力RW’RNJAlh§9.3粘性土坡的穩(wěn)定分析§3粘性土坡的穩(wěn)定分析強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力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，基于極限平衡理論可推導(dǎo)得到其滑面為對(duì)數(shù)螺旋線，并可用一圓?。▓A柱面）近似。3粘性土坡的穩(wěn)定分析OR（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)：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：ORdCBAW二、整體圓弧法(瑞典圓弧法)3粘性土坡-瑞典圓弧法.當(dāng)0時(shí)，n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到Fs的理論解.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.適用于飽和粘土二、整體圓弧法(瑞典圓弧法)-討論3粘性土坡-瑞典圓弧法二、條分法的基本原理及分析1．原理注:無法求理論解，是一個(gè)邊值問題，應(yīng)通過數(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)際是一種簡(jiǎn)化的離散化計(jì)算方法整體圓弧法：n是l(x,y)的函數(shù)AORCsbB-2-1012345673粘性土坡-條分法基本原理2.條分法中的求解條件第i條土的作用力Pi+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti3粘性土坡-條分法基本原理AORCsbB-2-101234567Wi是已知的未知量:作用在土條體底部的力與作用點(diǎn)：NiTiti

共3n個(gè)作用在條間上的力及作用點(diǎn)：

PiHihi

共3(n-1)個(gè)

(兩端邊界是已知的)假設(shè)總體安全系數(shù)為Fs(且每條Fs都相等)

Fs

共1個(gè)未知數(shù)合計(jì)=3n+3(n-1)+1=6n-2i條土條的未知量數(shù)目Pi+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti2.條分法中的求解條件3粘性土坡-條分法基本原理各條：水平向靜力平衡條件：

x=0 共n個(gè)垂直向靜力平衡條件：

y=0共n個(gè)力矩平衡條件：

M0=0共n個(gè)n個(gè)土條底面上滿足極限平衡條件：共n個(gè)整體力矩平衡1個(gè)求解條件共4n＋1個(gè)2.條分法中的求解條件－平衡方程3粘性土坡-條分法基本原理由于未知數(shù)為6n-2個(gè) 求解條件為4n＋1個(gè) 二者相差(2n-3)因而出現(xiàn)了不同的假設(shè)條件，對(duì)應(yīng)不同計(jì)算方法整體圓弧法：n=1, 6n-2=4個(gè)未知數(shù)，4個(gè)方程簡(jiǎn)單(瑞典)條分法：Pi=Hi=hi=0,ti=li/2共2n+1個(gè)未知數(shù)其他方法： 假設(shè)力作用點(diǎn)位置、條間力的假設(shè)2.條分法中的求解條件－討論3粘性土坡-條分法基本原理三.簡(jiǎn)單條分法（瑞典條分法）1．基本原理：忽略了所有條間作用力，即：

Pi=Hi=hi=0 3n-3ti=li/2

n共計(jì)減去4n-3未知數(shù)未知數(shù)為2n+1AORCibBidiTiNiWi3粘性土坡-瑞典條分法2.安全系數(shù)計(jì)算

Ni方向靜力平衡(n個(gè))求解方程(2n+1)個(gè)

滑動(dòng)面上極限平衡(n個(gè))

總體對(duì)圓心O的力矩平衡

(1個(gè))AORCibBidiTiNiWi3粘性土坡-瑞典條分法滑動(dòng)力矩=抗滑力矩WiTiNii3.

簡(jiǎn)單條分法計(jì)算步驟圓心O，半徑R(如圖)分條：b=R/10編號(hào)：過圓心垂線為0條中線列表計(jì)算liWii變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCibB-2-101234567WiTiNii4.瑞典簡(jiǎn)單條分法的討論*由于忽略條間力，有4n＋1個(gè)平衡條件。實(shí)際用2n+1個(gè)，有些平衡條件不能滿足

忽略了條間力，所計(jì)算安全系數(shù)Fs偏小，越大(條間力的抗滑作用越大),Fs越偏小

假設(shè)圓弧滑裂面，與實(shí)際滑裂面有差別一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全3粘性土坡-瑞典條分法坡角坡度1:m12601:0.582940451:1.0283733411:1.5263526341:2.0253518261:3.0253514021:4.0253611191:5.02539通過坡角圓弧通過坡角及圓心在ED已知坡角或坡度確定最小安全系數(shù)范圍的經(jīng)驗(yàn)方法1）已知坡角α或坡度，確定12和E點(diǎn);2)A點(diǎn)向下H,再水平向右4.5H,確定D;3)過D和E的延伸線,確定圓心O點(diǎn)（圓弧過坡角）4）圍繞上述圓心O變化，計(jì)算安全系數(shù)，然后根據(jù)趨勢(shì)找對(duì)應(yīng)最低安全系數(shù)的圓心與半徑最危險(xiǎn)滑裂面的經(jīng)驗(yàn)方法四、畢肖甫（Bishop）法簡(jiǎn)介§9.3粘性土坡的穩(wěn)定分析1.原理與特點(diǎn)

假設(shè)滑裂面為圓弧不忽略條間作用力在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件每條上忽略y方向切力變化的作用力（豎直）總體對(duì)圓心O為矩平衡

注：未考慮各條間水平向作用力及各條力矩平衡條件，實(shí)際上條件不夠：簡(jiǎn)化Bishop法：設(shè)△Hi=0，—忽略條間切向力的變化2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析4畢肖甫（Bishop）法PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定：圓弧滑裂面；條間切向力H＝0四、畢肖甫(Bishop)法AORCibBidiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hi3粘性土坡-畢肖甫條分法Pi=Pi–Pi－1H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fsii

在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件

每條上作用力在y方向（豎直）上靜力平衡

總體對(duì)圓心O為矩平衡：未知數(shù)：Ni,Ti,Hi,Fs(3n)條件：2n+1簡(jiǎn)化比肖甫法：H＝0(n-1)

2.3粘性土坡的穩(wěn)定分析Pihi+1TiNiiWiPi+1hiAORC

ibB-2-101234567方程組求解，得到：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

過圓心；Pi互相抵消licosi=bi隱式表達(dá)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2.3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)情況下是較為精確的

未知數(shù):4n-1方程數(shù):4n(1)假設(shè)圓弧滑裂面六.幾種分析計(jì)算方法的總結(jié)3粘性土坡的穩(wěn)定分析4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的恰當(dāng)選取是影響土坡穩(wěn)定分析成果可靠性的主要因素。原則:(1)盡可能采用有效應(yīng)力方法；(2)試驗(yàn)條件盡量符合土體的實(shí)際受力和排水條件。4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法有效應(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或ccu、cu一.兩種分析法有效應(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或ccu、cu4邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法總結(jié)1為什么會(huì)發(fā)生邊坡失穩(wěn)？2如何分析評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性？目前土力學(xué)的理論是基于直覺的、經(jīng)驗(yàn)的、宏觀現(xiàn)象學(xué)的認(rèn)識(shí)，缺少嚴(yán)格和科學(xué)的理論基礎(chǔ)。其具體體現(xiàn)就是：滲流與變形和強(qiáng)度無聯(lián)系，滲流與變形的理論分別是根據(jù)不同的假定而建立的，土力學(xué)各章節(jié)之間缺少有機(jī)的和統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)；經(jīng)驗(yàn)公式和方法還隨處可見；經(jīng)驗(yàn)、工程判斷、藝術(shù)和技巧還繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。上世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的多相孔隙介質(zhì)理論（它更一般的稱為混