土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式

土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式主講人：ppt資料收集：土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式土質(zhì)邊坡：泛指具有傾斜面的土體，根據(jù)土體結(jié)構(gòu)可分為三類：一、土質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)類型

類型結(jié)構(gòu)特征穩(wěn)定性影響因素均質(zhì)土邊坡整個(gè)坡體由均質(zhì)土構(gòu)成，基本不含節(jié)理、裂隙、沒有貫通性的結(jié)構(gòu)面土體強(qiáng)度和坡形層狀松散土由不同類型的松散土層構(gòu)成，控制性結(jié)構(gòu)面是沉積層面土體強(qiáng)度、坡形、沉積層面產(chǎn)狀與坡面的組合關(guān)系二元結(jié)構(gòu)土由巖層與上覆土松散堆積層構(gòu)成或軟硬差別較大上下土層，控制性結(jié)構(gòu)面是巖土分界面和沉積層面土體強(qiáng)度、坡形、二元結(jié)構(gòu)層面產(chǎn)狀與坡面結(jié)合關(guān)系

我們目前遇到的大部分是均質(zhì)土邊坡。根據(jù)物質(zhì)的不同均質(zhì)土邊坡又可以分為:一般粘性土邊坡、黃土邊坡、砂性土邊坡、軟土邊坡和膨脹土邊坡。土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式

1.整體失穩(wěn)：崩塌、滑坡、坍塌二、土質(zhì)邊坡破壞形式及破壞機(jī)理破壞類型外形特征運(yùn)動(dòng)特征破壞機(jī)理崩塌崩塌是發(fā)生在高陡邊坡體上的巖土塊體自高處滑出、傾倒或崩墜而下的現(xiàn)象。崩落體常翻滾而下堆于緩坡之上和坡腳附近，形成具有一定天然休止角的巖土堆。邊坡上局部巖土體松動(dòng)、脫落，主要運(yùn)動(dòng)形式為自由墜落或滾動(dòng)彎曲-拉裂、剪切-滑移。存在臨空面，當(dāng)結(jié)合力小于重力時(shí)，發(fā)生滾動(dòng)或崩落滑坡圓弧滑動(dòng)滑坡是邊坡在重力、水、振動(dòng)以及坡形改變等因素的作用下，增大沿滑帶的剪應(yīng)力，或者因震動(dòng)液化、受水淋濾、自然和人為開挖等破壞滑帶巖土的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致邊坡上的巖土體沿滑帶作整體或大塊向下、向前移動(dòng)的一種變形現(xiàn)象。沿圓弧形滑動(dòng)面滑移剪切-滑移。人工開挖增大坡角，或地表水入滲使內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力降低，達(dá)到臨界值沿圓弧形滑動(dòng)面滑移平面滑動(dòng)巖土體沿莫一弱面或朝向坡外的結(jié)構(gòu)面整體向下滑移拉裂、剪切-滑移。層面或貫通性結(jié)構(gòu)面形成滑動(dòng)面，結(jié)構(gòu)面臨空，坡腳巖層被切斷或坡腳巖層擠壓剪切坍塌坡體松弛帶內(nèi)的巖土由于震動(dòng)、或側(cè)向卸荷、與坡面加載以及四季中時(shí)干時(shí)濕等使松弛帶內(nèi)巖土的結(jié)合密實(shí)度在不斷變化而塌坡，塌至與其相適應(yīng)的斜率為止因自重應(yīng)力超過巖土體強(qiáng)度而產(chǎn)生張剪性破壞，由坡頂向坡內(nèi)逐漸擴(kuò)展張拉、剪切、彎折。自重應(yīng)力和巖土體強(qiáng)度能夠維持平衡的最深張裂面土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式崩塌滑坡1.整體失穩(wěn)坍塌土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式

2.坡面破壞：坡面侵蝕、剝落

坡面侵蝕土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式1、各種破壞形式形成條件及巖土結(jié)構(gòu)三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式形成條件（即出現(xiàn)下列情況應(yīng)采取措施）巖土結(jié)構(gòu)崩塌①土質(zhì)邊坡的開挖坡角較陡(大于60°)，或下部存在軟弱層；②坡體上常發(fā)育數(shù)組陡立或傾向臨空面的裂面；③坡體上豎向節(jié)理發(fā)育，且裂縫形狀不規(guī)則并紊亂成網(wǎng)，破壞體趨向于發(fā)展成楔體；④邊坡面上有泉水出露；⑤邊坡處于地震多發(fā)帶或附近有爆破施工。土質(zhì)邊坡中黃土邊坡有較好的直立性，所以開挖坡度往往較陡，土體中本身存在裂隙、空洞，在開挖卸荷后擴(kuò)大，導(dǎo)致坡體局部易出現(xiàn)崩塌破壞?；垄匍_挖深度較大或開挖坡度較陡；②坡內(nèi)有傾向臨空面的軟弱層(帶)、結(jié)構(gòu)面或?qū)用?；③開挖邊坡面出現(xiàn)上層滯水面、潛水面或有泉出露；④有明顯的滑移剪切面出露；⑤在不良土質(zhì)地區(qū)，如軟土、膨脹土；⑥在較惡劣的氣候下施工，如雨季、寒冬季節(jié)。對(duì)于土質(zhì)邊坡來講，滑坡多產(chǎn)生于30°～55°之間的土坡，這類邊坡易發(fā)生整體滑坡破壞。坍塌1、地形條件：坡度一般要大于巖屑的休止角,要大于33°；坡地的相對(duì)高度大于50米時(shí),可發(fā)生大型崩塌.2、地質(zhì)條件：軟弱面與坡面的傾向和傾角的關(guān)系不同,斜坡發(fā)生崩塌的可能性也不一樣.3、氣候條件：溫差較大,降水較多的地區(qū)易發(fā)生崩塌.4、地震,強(qiáng)烈的融冰化雪.5、人工開挖邊坡.。坍塌產(chǎn)生于易風(fēng)化的土質(zhì)邊坡和類土質(zhì)邊坡，尤其在膨脹土邊坡或處于凍脹作用強(qiáng)烈區(qū)的邊坡，一般發(fā)生在坡度大于20°時(shí)，隨坡度增大發(fā)生坍塌的幾率也越大，在暴雨季節(jié)，邊坡表層巖土強(qiáng)度迅速降低，也會(huì)促使坍塌破壞發(fā)生我們實(shí)際中考慮滑坡的破壞性土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式2、土質(zhì)邊坡破壞機(jī)理三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式

邊坡的失穩(wěn)破壞主要是由于邊坡內(nèi)所受的應(yīng)力超過巖土體或結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)破壞。邊坡變形表現(xiàn)為卸荷回彈和蠕變兩種主要方式。（具體破壞機(jī)理見下表。）土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式破壞形式破壞機(jī)理各類土的破壞形式滑坡破壞

土質(zhì)邊坡發(fā)生滑坡破壞根本原因在于邊坡沿潛在滑動(dòng)面所受到的抗滑力(矩)小于其下滑力(矩)，則邊坡將沿潛在滑動(dòng)面發(fā)生滑坡破壞，主要表現(xiàn)為邊坡整體的剪切滑移。1、對(duì)于粘聚力為零的砂性均質(zhì)土邊坡，發(fā)生滑坡破壞時(shí)，表現(xiàn)為平面滑動(dòng)，破壞面在截面上為一條通過坡腳的直線；對(duì)于存在粘聚力的粘性均質(zhì)土邊坡，則表現(xiàn)為圓弧面滑動(dòng)，破壞面在截面上為通過坡腳的圓弧2、黃土邊坡坡體破壞形式主要為滑坡和崩塌?；禄虮浪男纬膳c邊坡原始坡度有關(guān)：對(duì)于小于50°的不穩(wěn)定邊坡，其破壞模式主要是滑坡；51°～70°的不穩(wěn)定邊坡破壞模式以滑坡為主，并伴有崩塌；當(dāng)邊坡大于70°時(shí)，基本不發(fā)生滑坡，主要破壞模式為崩塌。3、均質(zhì)土邊坡發(fā)生坍塌破壞，主要由于大部分巖土受濕，彼此結(jié)合的密實(shí)度減小，使坡體中綜合內(nèi)摩擦角變小不能支持原邊坡坡度而塌坡，上部塌至與當(dāng)時(shí)含水程度及密實(shí)度相適應(yīng)的綜合內(nèi)摩擦角為止，下部則是堆積坍下的土石其斜坡坡度更緩。崩塌破壞

土質(zhì)邊坡發(fā)生崩塌破壞主要因?yàn)殚_挖引起坡表巖土體向臨空面發(fā)生位移，并可能在坡項(xiàng)或體內(nèi)產(chǎn)生順坡面向的裂隙，或其出口為上大下小的楔狀體的楔尖先壓碎破壞，上部巖土在失去承托和支頂下失穩(wěn)。崩塌破壞主要以張拉破壞為主，形式上主要表現(xiàn)為巖土體的翻轉(zhuǎn)、滾動(dòng)、彎曲折斷，崩塌體翻倒時(shí)，在空間的方位是隨便改變的。坍塌破壞坡體松弛帶內(nèi)的巖土為雨雪水和上層滯水等活動(dòng)作用所及的范圍，由于震動(dòng)、或側(cè)向卸荷、與坡面加載以及四季中時(shí)干時(shí)濕等使松弛帶內(nèi)巖土的結(jié)合密實(shí)度在不斷變化，特別雨季中或融雪后受濕的巖土自重增大、且強(qiáng)度降低，其結(jié)合密實(shí)度不能支持旱季中斜坡的陡度而塌坡，塌至與其相適應(yīng)的斜率(受濕時(shí)的綜合內(nèi)摩擦角)為止。土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式3、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式邊坡類型主要特征影響穩(wěn)定的主要因

素可能的主要變形模式粘性土邊坡以粘粒為主，一般干時(shí)堅(jiān)硬，遇水膨脹崩解。某些粘土具大孔隙性(如山西南部的粘土)，某些粘土甚堅(jiān)固(如南方網(wǎng)紋紅土)，某些粘土呈半成巖，但含可溶鹽量高(如黃河上游的粘土)，某些粘土具水平層理(如淮河下游的粘土)1．礦物成分，特別是親水、膨脹、溶濾性礦物含量；2．節(jié)理裂隙的發(fā)育狀況；3．水的作用；4．冰融作用1．裂隙性粘土常沿光滑裂隙面形成滑面，含膨脹性親水礦物粘土易產(chǎn)生滑坡，巨厚層半成巖粘土高邊坡因坡腳蠕變可導(dǎo)致高速滑坡；2．因凍融產(chǎn)生剝落；3．坍塌砂性土邊坡以砂礫為主，結(jié)構(gòu)較疏松，凝聚力低為其特點(diǎn)，透水性較大，包括厚層全風(fēng)化花崗巖殘積層1．顆粒成分及均勻程度；2．含水情況；3．振動(dòng)；4．地表水及地下水作用1．飽和均質(zhì)砂性土邊坡，在振動(dòng)力作用下，易產(chǎn)生液化滑坡；2．管涌、流土；3．坍塌和剝落黃土邊坡以粉粒為主、質(zhì)地均一。一般含鈣量高，無層理，但柱狀節(jié)理發(fā)育，天然水含水量低，干時(shí)堅(jiān)固，部分黃土遇水濕陷，有時(shí)呈固結(jié)狀，有時(shí)呈多元結(jié)構(gòu)主要是水的作用，因水濕陷，或?qū)吰陆?，水下滲使下墊隔水粘土層泥化等1．崩塌；2．張裂：3．濕陷；4．高或超高邊坡可能出現(xiàn)高速滑坡土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式根據(jù)上表，可以看出土質(zhì)邊坡影響穩(wěn)定性的因素主要是土體強(qiáng)度和水的作用，而產(chǎn)生的破壞形式以滑坡為多，崩塌和坍塌是開挖邊坡過程中常見的（該處應(yīng)該加上坡高、坡角、坡形的影響）3、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式內(nèi)在因素指開挖邊坡，坡腳附近出現(xiàn)剪應(yīng)力集中帶，坡頂和坡面的一些部位可能出現(xiàn)張應(yīng)力區(qū)，可直接引起邊坡變形破壞。巖土的成因類型、組成的礦物成分、巖土結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，是決定邊坡穩(wěn)定的重要因素。結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面形狀、與坡面的關(guān)系是邊坡穩(wěn)定的控制因素。臨空面、坡高、坡度、坡面形狀等直接與邊坡穩(wěn)定性有關(guān)。初始應(yīng)力巖土體性質(zhì)巖土體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

地形地貌及臨空條件四、穩(wěn)定性影響因素分析土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式時(shí)間因素巖土體的流變性質(zhì)是影響邊坡穩(wěn)定及邊坡加固措施的一個(gè)重要因素人為因素邊坡的不合理設(shè)計(jì)、開挖或加載，大量施工用水的滲入及爆破等都能造成邊坡失穩(wěn)。地震地震作用除了巖土體受到地震加速度的作用而增加下滑力外，在地震作用下，巖土中的孔隙水壓力增加和巖土體強(qiáng)度降低都對(duì)邊坡的穩(wěn)定不利。風(fēng)化作用風(fēng)化作用使巖土的強(qiáng)度減弱、裂隙增加，影響斜坡的形狀和坡度，水的作用水的入滲使巖土體質(zhì)量增大，巖土因被軟化而抗剪強(qiáng)度降低，并使孔(裂)隙水壓力升高四、穩(wěn)定性影響因素分析外在因素：土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式四、穩(wěn)定性影響因素分析ABC巖土強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力和內(nèi)摩擦系數(shù)是邊坡穩(wěn)定性的敏感因素，穩(wěn)定系數(shù)K隨粘聚力C和內(nèi)摩擦系數(shù)tanφ的增大均呈線性增大，變化明顯。結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)：邊坡巖土體中的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。邊坡穩(wěn)定系數(shù)K隨結(jié)構(gòu)面粘聚力c和內(nèi)摩擦系數(shù)tanφ的增大均呈對(duì)數(shù)關(guān)系增大，變化較明顯。結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面的貫通度及面內(nèi)填充物相關(guān)。（不同土層面間的粘聚力和內(nèi)摩擦角怎么確定）結(jié)構(gòu)面傾角：結(jié)構(gòu)面的存在，降低了土體的整體強(qiáng)度，增大了坡體的變形性能，加強(qiáng)了土體的流變力學(xué)特性，加深了巖土體的不均勻性、各向異性和非連續(xù)性等性質(zhì)。邊坡的穩(wěn)定系數(shù)隨接觸面傾角的增大而減小（穩(wěn)定系數(shù)與接觸面傾角的tan值呈線性關(guān)系）1、內(nèi)在因素土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式四、穩(wěn)定性影響因素分析①、坡高：邊坡穩(wěn)定性隨坡高的增加成冪函數(shù)減小，在20m以下邊坡的穩(wěn)定性變化較大，坡高大于20m，穩(wěn)定系數(shù)的變化趨勢(shì)趨緩。坡高對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響較大，屬于敏感因素。隨著坡高的增大，邊坡發(fā)生破壞時(shí)位移和應(yīng)變急劇增加，發(fā)生突變，由此可將其視為坡體即將發(fā)生破壞的依據(jù)；②、坡度：坡度對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響最大，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)隨坡度增大呈冪函數(shù)減小，坡度小于50°時(shí)變化較大，大于50°變化趨緩。隨著坡度的增大，坡體位移與剪應(yīng)變急劇增加，發(fā)生突變，由此可將其視為坡體即將發(fā)生破壞的判據(jù)；③、坡形：邊坡開挖時(shí)階梯型邊坡比一坡到頂?shù)倪吰路€(wěn)定性好，并且臺(tái)階越寬、臺(tái)階數(shù)越多穩(wěn)定性越好，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合造價(jià)和旅工難易程度進(jìn)行取舍。坡表形態(tài)中，微凹型、直線型、微凸型邊坡穩(wěn)定性依次減小。1、內(nèi)在因素臨空條件：

土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式①、水對(duì)土體有軟化作用，會(huì)使土體的抗剪強(qiáng)度降低，而且還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)面起到潤滑作用；2外在因素②、在土體結(jié)構(gòu)面中會(huì)形成一定的地下靜水壓力，隨著時(shí)間的推移會(huì)促使滑面變形而使土體失穩(wěn)；③、會(huì)產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象。所以水文條件也是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。④、增加了土體的重度，也就增加了土體的下滑力；⑤、當(dāng)水發(fā)生滲流時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力；四、穩(wěn)定性影響因素分析水文條件：對(duì)邊坡產(chǎn)生影響的水主要是地下水和地表水，其影響情況主要是指：土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式2、外在因素地震：地震作用對(duì)邊坡的穩(wěn)定性不利，主要是由于地震力的水平分力，在橫波的作用下，使邊坡巖土體產(chǎn)生向臨空面的拉力，易造成邊坡失穩(wěn)破壞。另外，地震可能引起砂土液化、地下水位驟變、坡體應(yīng)力急劇改變、巖土體松動(dòng)等多種不利因素，所以地震造成邊坡失穩(wěn)的情況非常復(fù)雜，要做到合理的防護(hù)，還有待開展更多的地震工程的研究。地震的發(fā)震時(shí)間、地點(diǎn)及地震震級(jí)都是很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)人為因素：人為因素的影響主要考慮施工步驟對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，主要是坡形四、穩(wěn)定性影響因素分析土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式1.直線滑動(dòng)面法：

松散的砂類土邊坡，滲水性強(qiáng)，粘性差，邊坡穩(wěn)定主要靠其內(nèi)摩擦力。失穩(wěn)土體的滑動(dòng)面近似直線狀態(tài)，故直線滑動(dòng)面法適用于砂類土：如下圖所示，驗(yàn)算時(shí)，先通過坡腳或變坡點(diǎn)假設(shè)一直線滑動(dòng)面，將邊坡斜上方分割出下滑土楔體ABD，沿假設(shè)的滑動(dòng)面AD滑動(dòng)，其穩(wěn)定系數(shù)K按下式計(jì)算(按邊坡縱向單位長度計(jì))：五、穩(wěn)定性分析與計(jì)算

土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式1.直線滑動(dòng)面法：土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式2、圓弧滑動(dòng)面條分法瑞典圓弧滑動(dòng)面條分法是將假定滑動(dòng)面以上的土體分成n個(gè)垂直土條，對(duì)作用于各土條上的力和力矩平衡分析，求出在極限平衡狀態(tài)下土體穩(wěn)定的安全系數(shù)。該法由于忽略土條之間的相互作用力的影響，因此是條分法中最簡(jiǎn)單的一種方法。首先要確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧的形狀，即首先要找出最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧的滑動(dòng)圓心，然后找坡角圓即可畫出最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧。欲找出K值最小的最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧，可根據(jù)不同的土質(zhì)采用不同的方法：土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式最危險(xiǎn)的滑動(dòng)圓弧為坡腳圓，可按下述步驟求最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧的滑動(dòng)圓心：

a、根據(jù)坡角α查出坡底角β1和坡頂角β2b、在坡底和坡頂分別畫出坡底角和坡頂角，兩線的交點(diǎn)即最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧的滑動(dòng)圓心。①內(nèi)摩擦角φ=0的高塑性粘土：坡角α坡底角β1坡頂角β2坡角α坡底角β1坡頂角β290°33°40°30°26°36°75°32°40°26°34′25°35°60°29°40°15°24°37°45°28°38°11°19′25°37°33°47′26°35°土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式1、4.5H法②內(nèi)摩擦角φ＞0的土

可按4.5H法或36°線法確定

a、根據(jù)上法找出圓心O；b、通過坡腳E垂直向下引一線段F，高度為坡高H，通過F點(diǎn)水平向右量一距離等于4.5H，確定M點(diǎn)；c、在MO連線上找若干點(diǎn)做為圓心，畫出坡腳圓，計(jì)算K值最小的O點(diǎn)也就是最危險(xiǎn)的滑移面。土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式2、36°線法②內(nèi)摩擦角φ＞0的土a、考慮上部荷載時(shí)，E點(diǎn)選在換算土柱的頂部b、不考慮上部荷載時(shí)，E點(diǎn)選在邊坡頂部土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算公式1、通過坡腳任意選定一個(gè)可能的圓弧滑動(dòng)面AB，其半徑為R。將滑動(dòng)土體分成若干個(gè)垂直土條，其寬度一般為2—4m，通常分8—10個(gè)土條，可結(jié)合橫斷面特征，如分在邊坡或地面變化點(diǎn)處，以便簡(jiǎn)化計(jì)算。2、計(jì)算每個(gè)土條的土體重Q，引至滑動(dòng)圓弧驗(yàn)算面上并分解為：

切向分力T=Qisinα

法向分力N=Qicosα

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