土力學(xué)課件(清華大學(xué))7

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CrestSlopesurfacetoe2021/5/911概述2無粘性土土坡的穩(wěn)定分析3粘性土土坡的穩(wěn)定分析4總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法第七章土坡穩(wěn)定分析作業(yè)：7-1,7-31為什么會發(fā)生邊坡失穩(wěn)2如何分析邊坡穩(wěn)定性3如何防治、治理2021/5/92第1節(jié)概述邊坡分類：天然邊坡Naturalslope

人工邊坡Engineeredslope

土坡Soilslope

巖石邊坡Rockslope第二章土坡穩(wěn)定分析為什么會發(fā)生邊坡失穩(wěn)土體沿滑動面達(dá)到了極限平衡狀態(tài)2021/5/93一.土坡：具有傾斜面的土體1．天然土坡Naturalslope

江、河、湖、海岸坡第1節(jié)概述2021/5/941．天然土坡

山、嶺、丘、崗、天然坡第1節(jié)概述2021/5/952．人工土坡Engineeredslope¤

挖方：溝、渠、坑、池露天礦第1節(jié)概述2021/5/962．人工土坡¤

填方：堤、壩、路基、堆料第1節(jié)概述2021/5/97天生橋一級面板堆石壩2．人工土坡第1節(jié)概述2021/5/98堆石壩2．人工土坡第1節(jié)概述2021/5/99堤防2．人工土坡第1節(jié)概述2021/5/910二.滑坡Landslides什么是滑坡？

為什么會滑坡？一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動第1節(jié)概述2021/5/911二.滑坡1．滑坡的危害：滑坡是重大自然災(zāi)害（巖土）我國是滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國家2008年在西安召開第十屆國際滑坡與工程邊坡會議組委會主席陳祖煜教授第1節(jié)概述2021/5/912二.滑坡的形式第1節(jié)概述2021/5/913二.滑坡2．造成滑坡的原因

降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤線存在滲透力1)振動：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、隧洞出入口第1節(jié)概述2021/5/914地震引發(fā)的滑坡第1節(jié)概述2021/5/915暴雨與地震引發(fā)泥石流-菲律賓2006年2月17日菲律賓中東部萊特省因連日暴雨和南部地區(qū)里氏2.6級輕微地震，爆發(fā)泥石流致近3000人遇難第1節(jié)概述-滑坡泥石流2021/5/916紫坪鋪水庫2號泄洪洞出口滑坡-開挖第1節(jié)概述2021/5/917云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡－開挖第1節(jié)概述2021/5/918江岸崩塌滑坡－滲流第1節(jié)概述2021/5/919三峽庫區(qū)滑坡問題－蓄水造成的滑坡2001年，重慶市云陽縣發(fā)生兩次大型滑坡，其中武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國務(wù)院撥款40億元用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理第1節(jié)概述2021/5/9201989年1月8日坡高103m。流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理，包括一小型不連續(xù)面。事故導(dǎo)致電站廠房比計劃推遲一年，修復(fù)時安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。

漫灣滑坡第1節(jié)概述2021/5/921壩體內(nèi)浸潤線太高第1節(jié)概述2021/5/922楔形槽西藏易貢巨型滑坡第1節(jié)概述2021/5/923西藏易貢巨型滑坡時間：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,庫容=1534×106m3地質(zhì)：風(fēng)化殘積土。險情：湖水以每日0.5m速度上升。第1節(jié)概述2021/5/924滑坡后緣高程5520m第1節(jié)概述2021/5/925易貢滑坡堰塞湖扎木弄溝5520m2264m2340m2210m滑坡堆積易貢茶廠易貢巨型滑坡堰塞湖平面圖第1節(jié)概述2021/5/926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扎木弄溝第1節(jié)概述2021/5/927滑坡堰塞湖—易貢湖第1節(jié)概述2021/5/928湖水每天上漲50cm！第1節(jié)概述2021/5/929城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方香港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第1節(jié)概述2021/5/930Early1972滑坡前June1972滑坡后2021/5/931如何分析、判斷？

無粘性土坡-相對簡單

粘性土坡-復(fù)雜2021/5/932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，將土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c’/F,tan’/F,

則土體沿著此滑裂面處處達(dá)到極限平衡，即

=c’e+’e

tan’ec’e=c’/Ftan’e=tan’/F2021/5/933第2節(jié)無粘性土土坡的穩(wěn)定分析

Noncoehsivesoilslope第2節(jié)無粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角

考察一無限長坡，坡角為

分析一微單元AAWNT

由于無限土坡，微單元兩側(cè)作用力大小相等、方向相反

A2021/5/934一.無滲流的無限長土坡微單元A自重:

W=

V沿坡滑動力：對坡面壓力：

(由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消)

抗滑力Resistance：抗滑安全系數(shù)：WRNAWNT

第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/935無滲流的無限長土坡討論當(dāng)

=

時，F(xiàn)s=1.0，天然休止角可見安全系數(shù)與土容重

無關(guān)與所選的微單元大小無關(guān)。即坡內(nèi)任一點或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)Fs都相等思考題

在干坡及靜水下坡中，如

不變，F(xiàn)s有什么變化

第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/936什么是滑坡？

為什么滑坡？

滑坡的形式小結(jié)無粘性土－表面淺層滑動粘性土－深層滑動2021/5/937無滲流的無限長土坡WRNAWNT

小結(jié)有沿坡滲流情況

取土骨架為隔離體JJ2021/5/938二.有沿坡滲流情況(3)

抗滑力：

(2)

滑動力：2．沿坡滲流無限長砂土坡安全系數(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’RNJA

l

h第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/939二.有沿坡滲流情況

與無滲流比較,Fs減小近一倍注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時可能破壞3.討論

與所選

V大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點安全系數(shù)相同

與容重有關(guān)WRNJ第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/940三.部分浸水無粘性土坡部分浸水無粘性土坡與干坡，完全水下坡相比，安全性如何變化？坡面的穩(wěn)定性相同深層滑動的可能性大水位BCD

1

2EA第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/941三.部分浸水無粘性土坡土體滑動，考慮兩個方向的力平衡

Fx=0;Fy

=0未知量有三個N1、

N2、Fs超靜定BCDAT1N1T2N2W水位第2節(jié)無粘性土土坡BCDAR1R2W水位2021/5/942將滑動土體分成兩塊，有四個平衡方程

Fxi=0;Fyi

=0，i=1,2未知量有五個R1、

R2、Fs、P1，

需要引入假定如

三.部分浸水無粘性土坡BCDAR1R2WBCAEW2W1

P1R2R1D第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/943分析BCDE塊的平衡P1=W1sin

1—(W1cos

1tg)/Fs代入EDA塊的平衡方程,滑動力與抗滑力Fs

=抗滑力/滑動力需要迭代N1BCDAET1T2N2W2W1

P1

1三.部分浸水無粘性土坡第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/944四.無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)對滑動面的影響無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)使滑動面發(fā)生在一定深度處，而非表面五.無粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié)破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長坡第2節(jié)無粘性土土坡2021/5/945§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：危險滑裂面位置在土坡深處，對于均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動面可用一圓弧(圓柱面)近似。第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析OR2021/5/946一瑞典圓弧法二瑞典條分法三簡化Bishop條分法四普遍條分法(Janbu法)OR思考題：為什么粘性土坡通常不會發(fā)生表面滑動？§3粘性土坡的穩(wěn)定分析第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析2021/5/947圓弧滑動法由瑞典工程師提出的。冰川沉積厚層軟粘土第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法一、整體圓弧法(瑞典圓弧法)2021/5/948(一)分析計算方法

1．假設(shè)條件：

均質(zhì)土

二維

圓弧滑動面

滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動

在滑動面上處于極限平衡狀態(tài)ORdW一、整體圓弧法(瑞典圓弧法)第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法2021/5/949(一)分析計算方法

2.平衡條件(各力對O的力矩平衡)(1)滑動力矩：(3)安全系數(shù)：當(dāng)

=0(粘土不排水強(qiáng)度)時，注：(其中是未知函數(shù))(2)抗滑力矩：ORdCBAW一、整體圓弧法(瑞典圓弧法)第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法2021/5/9502.當(dāng)

0時，

n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到Fs的理論解1.其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，須計算若干組(O,R)找到最小安全系數(shù)—最可能滑動面3.瑞典圓弧法適用于飽和粘土抗滑力矩ORdCBAW安全系數(shù)：第3節(jié)粘性土坡-瑞典圓弧法2021/5/951二、條分法的基本原理及分析1．原理注:無法求理論解，是一個邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計算解決。簡化解決方法是將滑動土體離散化成土條—條分法。AORC

sbB-2-101234567第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理抗滑力矩2021/5/9522.條分法中的求解條件第i條土的作用力Pi+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHitiAORC

sbB-2-101234567-3第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/953Wi是已知的作用在土條體底部的力與作用點NiTiti

共3n個作用在條間的力及作用點：

PiHihi

共3(n-1)個

(兩端邊界是已知的)假設(shè)總體安全系數(shù)為Fs

Fs

共1個未知數(shù)合計=3n+3(n-1)+1=6n-2n條土條的未知量數(shù)目Pi+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti2.條分法中的求解條件AORC

sbB-2-101234567-3第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/954各條：水平向靜力平衡條件：

x=0 共n個垂直向靜力平衡條件：

z=0共n個力矩平衡條件：

M0=0共n個n個土條底面上滿足極限平衡條件：共n個整體力矩平衡1個求解條件共4n＋1個2.條分法中的求解條件－平衡方程第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/955由于未知數(shù)為6n-2個 求解條件為4n＋1個 二者相差(2n-3)不同的假設(shè)條件，對應(yīng)不同計算方法整體圓弧法：n=1, 6n-2=4個未知數(shù)，4個方程簡單(瑞典)條分法Pi=Hi=hi=0,ti=li/22(n+1)個未知數(shù)其他方法： 假設(shè)條間力的假設(shè)2.條分法中的求解條件－討論P(yáng)i+1hi+1WihiPiHi+1NiTiHiti第3節(jié)粘性土坡-條分法基本原理2021/5/956三.簡單條分法(瑞典條分法)1．基本原理：忽略所有條間作用力，即：

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

n共計減去4n-3未知數(shù)未知數(shù)為2n+1AORC

ibB

idiTiNiWi第3節(jié)粘性土坡-瑞典條分法2021/5/9572.安全系數(shù)計算

Ni方向靜力平衡(n個)求解方程(2n+1)個

滑動面上極限平衡條件(n個)AORC

ibB

idiTiNiWi

總體對圓心O的力矩平衡

(1個)滑動力矩=抗滑力矩WiTiNi

i第3節(jié)粘性土坡-瑞典條分法WNT2021/5/9583簡單條分法計算步驟圓心O，半徑R(如圖)分條：b=R/10編號：過圓心垂線為0條中線列表計算liWi

i變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORC

sbB-2-101234567WiTiNi

i2021/5/9594.瑞典簡單條分法的討論*由于忽略條間力，有4n＋1個平衡條件。實際用2n+1個，有些平衡條件不能滿足

忽略了條間力，所計算安全系數(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，有時與實際滑裂面有差別一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全第3節(jié)粘性土坡-瑞典條分法WNT2021/5/960四、畢肖甫(Bishop)法考慮條間力AORC

ibB

idiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hi第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法

Pi=Pi–Pi－1

H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

i2021/5/9611.原理與特點

假設(shè)滑裂面為圓弧每條滑裂面上滿足極限平衡條件每條作用力在y方向(豎直)上靜力平衡總體對圓心O力矩平衡

DPi

不出現(xiàn)注：未考慮各條間水平力及各條力矩平衡，條件不夠：缺

Hi，共(n-1)個條件設(shè)

Hi=0則條件夠了——簡化Bishop法，忽略條間切向力

Pi=Pi–Pi－1

H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

i第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法2021/5/962求解條件平衡條件：2n+1未知數(shù)：6n-21)由于法向力平衡

Pi(

Pi)不出現(xiàn)—(n-1)2)不計各條力矩平衡

ti

及

hi

—(2n-1)3)假設(shè)

Hi=0(不計條間切向力)—(n-1)第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法2021/5/9632．安全系數(shù)公式ORC

ibB

idiTiNiWiPi-1PiHi+1Hi第3節(jié)粘性土坡-畢肖甫條分法等式左右都有安全系數(shù)，需要迭代2021/5/9643

畢肖甫法計算步驟圓心O，半徑R設(shè)Fs=1.0計算mqiYESFs最小END計算NoYESNoORC

ibB

idiTiNiWiPi-1PiHi+1Hi2021/5/965五.普遍條分法(簡布Janbu法)Wihi-1Pi-1hiPiHiNiTiHi-1b

i

h假定條塊間水平作用力的位置第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法ACbBTiNiWi任意形狀滑裂面2021/5/966對O點的力矩平衡求

Hi和

Pi的關(guān)系五.普遍條分法(簡布Janbu法)O第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法

Pi=Pi–Pi-1

Hi=Hi–Hi-1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

iWihi-1Pi-1hiPiHiNiTiHi-1b

i

h2021/5/967五.普遍條分法(簡布Janbu法)

Pi=Pi–Pi-1

Hi=Hi–Hi-1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

iP1=

P1P2=P1+

P2=

P1+

P2Pi=

Pi

(i=1,j)Pn=

Pi=0

(i=1,n)第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法2345678910111P0=0P11=02021/5/9682．安全系數(shù)公式計算比較繁雜sec2

iFs=[cilicosi+(wi+Hi)tgi](wi+Hi)tg

i]1+tg

itgi/Fs五.普遍條分法(簡布Janbu法)第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法2021/5/9691．特點(1)任意形式滑裂面，不一定圓弧(2)滿足各條X、Z靜力平衡滿足各條力矩平衡滿足整體力矩平衡五.普遍條分法(簡布Janbu法)第3節(jié)粘性土坡-普遍條分法2021/5/970六.幾種分析計算方法的總結(jié)第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析方法總結(jié)2021/5/971條分法小節(jié)AORC

ibB

idiTiNiWi瑞典條分法

Pi=Pi–Pi－1

H=Hi–Hi－1WiNiTi=(cili+Nitan)/Fs

i

iAORC

ibB

idiTiNiWiPiPi+1Hi+1Hi畢肖普條分法簡布條分法第3節(jié)粘性土坡的穩(wěn)定分析方法總結(jié)2021/5/972什么是滑坡？

為什么滑坡？

滑坡的形式小結(jié)無粘性土－表面淺層滑動粘性土－深層滑動2021/5/973無滲流的無限長土坡WRNAWNT

小結(jié)有沿坡滲流情況

取土骨架為隔離體JJ2021/5/974粘性土條分法小結(jié)2021/5/975第4節(jié)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)

試驗條件盡量符合土體的實際受力和排水條件。第4節(jié)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、

cu2021/5/976一.兩種分析法有效應(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、

cu第4節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法2021/5/977二.穩(wěn)定滲流期土壩堤防抗滑安全系數(shù)1．以土體(顆粒+孔隙水)整體取為隔離體2．以瑞典簡單條分法為例－不計條間力3．計算安全系數(shù)－對圓心取矩-2-101234567AORC

ibB地下水浸潤線第4節(jié)邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法202