第6章边坡稳定PPT课件

1、二. 滑坡2造成滑坡的原因：蓄水、使岩土软化，蓄水、使岩土软化，坝背水坡浸润线坝背水坡浸润线存在渗透力存在渗透力1）振动：地震、爆破2）土中水位升、降3）水流冲刷：使坡脚变陡4）冻融：冻胀力及融化含水量升高5）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口第1页/共36页二二. 滑坡滑坡滑坡的形式平平动动崩崩塌塌转转动动流流滑滑第2页/共36页一. 无渗流的无限长土坡1）微单元A自重: W=VsinTW2）沿坡滑动力：cosNW3）对坡面压力：（由于无限土坡两侧作用力抵消） cosRNtgWtg4）抗滑力： cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑动力5）抗滑安全系数： WTNA坡与水平夹角为砂土

2、内摩擦角第3页/共36页无渗流的无限长土坡讨论当=时，Fs=1.0，天然休止角stgFtg可见安全系数与土容重无关思考题：在干坡及静水下坡中，如不变，Fs有什么变化与所选的微单元大小无关。 即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数Fs都相等第4页/共36页二. 有沿坡渗流情况 1沿坡渗流的情况：降雨水位骤降的土坝（堤）上游正常蓄水土坝下游第5页/共36页二. 有沿坡渗流情况(1) 自重：取微单元A，以土骨架为隔离体，作用力：(2) 渗透力： （方向：平行于土坡）(3) 滑动力：(4) 抗滑力： (5) 抗滑安全系数： WV sinwwJj ViVV cosRNtgVtg(sinsin)si

3、nwsatTJVVWTNAhl2 2无限长有沿坡渗流的砂土坡安全系数无限长有沿坡渗流的砂土坡安全系数tgtgtgJTRFssatsatsincos第6页/共36页二. 有沿坡渗流情况 与无渗流比较Fs减小近一倍 注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏0.5sat3. 讨 论思考题: 推导有垂直向内渗流时，砂土坡安全系数为多少？ 与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同 与容重有关tgtgFssat第7页/共36页7.3 粘性土坡的稳定分析由于存在粘聚力C，与无粘性土坡不同其危险滑裂面位置在土坡深处，对于均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似。CAoRB第8页

4、/共36页二、整体圆弧法（瑞典圆法）（一）分析计算方法 1假设条件： 均质土 二维 圆弧滑动面 滑动土体呈刚性转动 在滑动面上处于极限平衡条件dAWoBRc第9页/共36页二、整体圆弧法（瑞典圆弧法）（一）分析计算方法 2. 平衡条件（各力对O的力矩平衡）000()eeeRfnnMde Rctgde RcActg de RdAWoBRcsMwd(1) 滑动力矩：RussC AcRMFMWd抗滑力矩滑动力矩(3) 安全系数：uRccMcAcR当=0（粘土不排水强度）时， nnl注：（其中 是未知函数）(2) 抗滑力矩：第10页/共36页（二）讨论1. 当0时，n是l(x,y)的函数，无法得到Fs

5、的 理论解2. 其中圆心O及半径R是任意假设的，还必须计算若干组（O, R）找到最小安全系数 最可能滑动面第11页/共36页最危险滑裂面的经验方法EADBO1）圆心12交点第一步（过坡角）2）围线上述O变化几个圆心，然后根据趋势找最低安全系数中心第12页/共36页二、条分法的基本原理及分析1原理注:（无法求理论解，是 一个边值问题，应通过数值计算解决。但有限元法往往无法给出安全系数，且受本构模型影响，一个简化解决方法是将滑动土体分成条条分法。实际是一种离散化计算方法）0lntgde整体圆弧法 ：n是l(x,y)的函数第13页/共36页iiiiiiii+1i+1i+12. 条分法中的和求解条件第

6、第I条条土土的的作作用用力力第14页/共36页2条分法中的力和求解条件Wi是已知的作用在土条体底部的力与作用点：Ni Ti ti 共3n个作用在边界上的力及作用点： Pi Hi hi 共3(n-1)个 （两端边界是已知的）假设总体安全系数为Fs（且每条Fs都相等） 共1个未知数合计=3n+3(n-1)+1=6n-2iiiiiiii+1i+1i+1 （1）共n条土的未知量数目第15页/共36页(2) 力平衡条件（求解条件）各条：水平向静力平衡条件：2 x=0 共n个垂直向静力平衡条件：2 y=0 共n个力矩平衡条件：2 M0=0 共n个在n个滑动面上各条处于极限平衡条件： 共n个求解条件共4n个

7、第16页/共36页（3）讨论由于未知数为6n-2个求解条件为4n个二者相差(2n-2)因而出现了不同的假设条件，对应不同计算方法整体圆弧法：n=1, 6n-2=4n简单(瑞典瑞典)条分法：Pi=Hi=hi=0, ti=li/2 共3（n-1）个其他方法：大多是假设力作用点位置或忽略一些条间力第17页/共36页三. 简单条分法（瑞典条分法）1基本原理：忽略了所有条间作用力，即：Pi=Hi=hi=03n-3ti=li/2n共计减去4n-3未知数 未知数为2n+1第18页/共36页2. 安全系数计算 Ni方向静力平衡（n个）cosiiiNWcosi iiii iiiiissClN tgClWtgTF

8、FsRMM(cos)sini iiiiiiisClWtgWRTRRF(cos)sini iiiisiiClWtgFW求解方程（2n+1）个 滑动面上极限平衡（n个） 总体对圆心的力矩平衡滑动力矩=抗滑力矩（1个）第19页/共36页3. 简单条分法计算步骤圆心圆心O，半径，半径R（如图）（如图）分条：分条：b=R/10编号：过圆心垂编号：过圆心垂线为线为0#条中线条中线列表计算列表计算 li Wi i变化圆心变化圆心O和半径和半径R(cos)sini iiiisiiClWtgFWFs最小最小END第20页/共36页4. 简单条分法的讨论* 由于忽略3条间力，有4n个平衡条件。实际用2n+1个，

9、有些平衡条件不能满足0 00000cos0sC lWtgTF* 忽略了条间力，所计算安全系数Fs偏小，假设圆弧滑裂面，使Fs偏大，最终结果是Fs偏小，越大Fs越偏小* 假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别一般情况下，F2偏小10%左右工程应用中偏于安全0#条水平方向力不平衡第21页/共36页1. 原理与特点 假设滑裂面为圆弧 不忽略条间作用力 在每条的滑裂面上满足极限平衡条件 每条上作用力在y方向（竖直）上静力平衡 总体对圆心O为矩平衡 Pi 不出现不出现注：（未考虑各条水平向作用力及各条力矩平衡条件，实际上条件不够：缺 Hi，共(n-1)个条件设Hi=0则条件够了简化Bishop法，忽略条间切

10、向力）四、毕肖甫（四、毕肖甫（Bishop）法法第22页/共36页求解条件 平衡条件：2n+1 未知条件：6n-21）由于竖向力平衡 Pi(Pi) 不出现 （n-1）2）不计各条力矩平衡 ti 及 hi （2n-1）3) 假设 Hi=0（不计条间切向力） (n-1)第23页/共36页2安全系数公式1()siniiiiisiiCbWtgmFWsincosiiiistgmF其中第24页/共36页3. 毕肖甫法计算步骤圆心圆心O，半径，半径R设设 Fs=1.0计算计算 miYESFs最小最小END计算计算sFssFFNosssFFFYESNo第25页/共36页五. 普遍条分法（简布 Janb法）第2

11、6页/共36页五. 普遍条分法（简布 Janb法） 1原理与特点（3）6n-2 个未知数(1) 任意形式滑裂面，不一定圆弧共计 6n-1 个条件(2) 假设Ni作用点H/2 nPi沿直线分布 n-1 4n00oixyM第27页/共36页五. 普遍条分法（简布 Janbu法） 2安全系数公式1)()sinii iiiisiiiCbWH tgmFWH21cos/seciiiisitg tgmF第28页/共36页六. 几种分析计算方法的总结第29页/共36页一. 两种分析法 有效应力法：使用有效应力强度指标 c、 总应力法：使用总应力强度指标 cu 或 ccu、cu方法工况总应力法有效应力法无粘性土土坝施工期Cu，u土坝的渗流稳定期地震中坡Ccu，cu第30页/共36页二. 土坝施工期边坡稳定分析 对于均质粘性土坝 1总应力法：用不排水强度指标Cu，u 2有效应力法 （1）确定土坝中超静孔隙水压力（由于其中大小主应力 大致成比例）31311111()()(1)uBAB kAkB kAkB 第31页/共36页第32页/共36页二. 土坝施工期边坡稳定分析 (2) 绘制等孔压图(3) 计算抗滑稳定安全系数(cos)sini iiii iisiiClWul tgFW第33页/共36页三. 稳定渗流期土坝抗滑安全系数 1以土体（颗粒+孔隙水）为隔离体 2简单条分法 3计算第34页/