边坡稳定性分析PPT课件

1、学习本章的目的意义1.掌握各种诱发土体滑坡的因素掌握各种诱发土体滑坡的因素;2.进行土体边坡的稳定性分析和安全性评价；进行土体边坡的稳定性分析和安全性评价；3.设计经济、合理的人工边坡设计经济、合理的人工边坡;4.制定有效的边坡整治措施。制定有效的边坡整治措施。第1页/共68页1 概述2 表层滑动的稳定分析3 深层滑动的稳定分析4 水对边坡稳定的影响第八章 边坡稳定性分析第2页/共68页1 1 概述 江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有倾斜面的土体第3页/共68页贵州洪家渡 山、岭、丘、岗、天然坡一. . 土坡第4页/共68页 挖方：沟、渠、坑、池一. 土坡第5页/共68页一、土坡 填方：堤、坝、

2、路基、堆料小浪底土石坝第6页/共68页二. 滑坡什么是滑坡？为什么会滑坡？第7页/共68页二. 滑坡 1滑坡的危害： 土、岩体滑坡是重大的自然灾害 我国是滑坡灾害滑坡灾害频发的国家第8页/共68页二. 滑坡-滑坡的主要形式第9页/共68页紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡第10页/共68页云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡 第11页/共68页江岸崩塌滑坡第12页/共68页江西省江新洲洲头北侧蹋岸第13页/共68页三峡库区滑坡问题蓄水20012001年，重庆市云阳县就发生了两次大型滑坡，重庆市武隆年，重庆市云阳县就发生了两次大型滑坡，重庆市武隆边坡失稳造成边坡失稳造成7979人死亡。国务院已经决定拨款人死亡

3、。国务院已经决定拨款4040亿元，用于亿元，用于三峡库区地质灾害治理。仅重庆就有三峡库区地质灾害治理。仅重庆就有150150多个治理工程。多个治理工程。第14页/共68页19891989年年1 1月月8 8日日 坡高坡高103m 103m 地质地质: :流纹岩中有强风化的密集节理和一个小型不连续面。流纹岩中有强风化的密集节理和一个小型不连续面。 事故事故: :电站厂房比计划推迟一年，修复时安装了大量预应力电站厂房比计划推迟一年，修复时安装了大量预应力锚索。锚索。漫湾滑坡漫湾滑坡第15页/共68页城市中的滑坡问题（香港，重庆）填方挖方第16页/共68页第17页/共68页第18页/共68页贵阳沙冲

4、路滑坡贵阳沙冲路滑坡-平面滑动平面滑动第19页/共68页 龙羊峡库岸滑坡龙羊峡库岸滑坡-平面平面+圆弧滑动圆弧滑动第20页/共68页盐池河边坡破坏-崩塌第21页/共68页20032003年年7 7月月1313日日 三峡库区三峡库区沙镇溪沙镇溪发生发生千将坪千将坪滑坡滑坡，致使，致使2424人失踪。人失踪。第22页/共68页雪山崩塌第23页/共68页滑坡各因素滑坡各因素- -实际图实际图第24页/共68页 泥石泥石( (洪洪) )流流总是与暴雨或山洪相联系，是在有足够外部水流总是与暴雨或山洪相联系，是在有足够外部水流( (或降雨或降雨) )参与下参与下形成的一种高密度形成的一种高密度“流体流体”

5、。 泥石(洪)流第25页/共68页坡面泥石流坡面泥石流第26页/共68页岩体崩塌过程岩体崩塌过程示意图示意图下面是几个岩土体滑坡过程的模拟图：下面是几个岩土体滑坡过程的模拟图：第27页/共68页滑坡过程示意图滑坡过程示意图第28页/共68页泥石流发展示意图第29页/共68页二. 滑坡2 2造成滑坡的原因造成滑坡的原因降雨、蓄水、使岩土软化，坝背水坡浸润线存在渗透力1）振动：地震、爆破2）土中含水量和水位变化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、隧洞出入口原因原因：(1)外界的作用破坏了土体原来的应力平衡状态，增大了外界的作用破坏了土体原来的应力

6、平衡状态，增大了滑动面上的滑动动力；滑动面上的滑动动力；(2)土体抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低。土体抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低。第30页/共68页应如何分析、判断边坡的稳定性？第31页/共68页 土体滑坡形态格式各样，主要取决于土土体滑坡形态格式各样，主要取决于土的性质和工程地质构造。的性质和工程地质构造。1. 粗粒土坡的滑坡深度浅、形状接近于平面粗粒土坡的滑坡深度浅、形状接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡体内，均质粘性土粘性土滑坡面深度到坡体内，均质粘性土坡滑动面的形状按塑性理论分析为对数螺旋坡滑动面的形状按塑性理论分析为对数螺旋曲面，在计算中通常以圆弧面代替。

7、曲面，在计算中通常以圆弧面代替。3. 判断边坡的稳定性，是以计算滑动土体的判断边坡的稳定性，是以计算滑动土体的抗滑力和滑动力的比值为依据。比值大于抗滑力和滑动力的比值为依据。比值大于1为安全，等于为安全，等于1为达到极限状态，小于为达到极限状态，小于1不安不安全。全。第32页/共68页2 表层滑动的稳定性分析土坡对象：无粘性土破坏形式：表面浅层滑坡强度参数：内摩擦角考察一无限长坡，坡角为分析一微单元AWTNA第33页/共68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：

8、cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑动力5)抗滑安全系数： RNWANWTWRN l h第34页/共68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都相等思考题：干坡与静水下，若坡中不变，Fs有什么变化第35页/共68页二.有渗流情况(3) 抗滑力： cosRNtgVtg(2) 滑动力：(sinsin)sinwsatTJVV2有渗流砂土边坡安全系数(4) 抗滑安全系数： tgtgtgJTRFssatsatsincos渗透力平行坡面NWTAWRN l hJRNWJ自重

9、：渗透力：WV sinwwJj ViVV 底面支撑力N，底面抗滑力R(1)取微单元A的土骨架为隔离体，作用力第36页/共68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 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tgtgFssatWTNA l h第37页/共68页三三. . 本节小结本节小结边坡对象：无粘性土土坡边坡对象：无粘性土土坡破坏形式：表面浅层滑坡破坏形式：表面浅层滑坡分析方法：考虑为无限长坡分析方法：考虑为无限长坡安全系数：安全系数：3 . 125. 1 ;tantan值一般取kk第38页/共6

10、8页3 深层滑动的稳定性分析土层性质：粘性土、土质均匀强度参数：粘聚力C，内摩擦角破坏形式：实际滑坡表明，对于粘性、均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面与圆弧（圆柱面）近似。OR第39页/共68页一、概述总体说有两种分析方法：总体说有两种分析方法：（1 1）整体圆弧滑动法。主要适用于均质简单土坡。）整体圆弧滑动法。主要适用于均质简单土坡。所谓简单土坡是指土坡的坡度不变，顶面和地面水平，所谓简单土坡是指土坡的坡度不变，顶面和地面水平，且土质均匀，无地下水。且土质均匀，无地下水。（2 2）条分法。条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、）条分法。条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分在水下情况均适用

11、。土坡部分在水下情况均适用。 彼得森于彼得森于19161916首先提出，采用圆弧滑动面分析土首先提出，采用圆弧滑动面分析土坡稳定性。此后费伦纽斯坡稳定性。此后费伦纽斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒又和泰勒又做了一些改进。做了一些改进。第40页/共68页二、圆弧滑动面的整体稳定分析1. 基本概念基本概念 土坡在自重作用下产生土坡在自重作用下产生如图的滑动，根据抗滑如图的滑动，根据抗滑动力矩和滑动力矩的平动力矩和滑动力矩的平衡关系，有土坡稳定性衡关系，有土坡稳定性安全系数如下：安全系数如下：图图8.7 土体的整体稳定分析土体的整体稳定分析WaRLMM

12、Kfsf第41页/共68页2.2.分析计算方法分析计算方法 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状态1）假设条件：）假设条件：图图8.8 土体的整体稳定分析土体的整体稳定分析二、圆弧滑动面的整体稳定分析第42页/共68页2 2）平衡条件（各力对）平衡条件（各力对O O的力矩平的力矩平衡）衡）dWMs(1) 滑动力矩：(3) 安全系数：当=0（粘土不排水强度）时， (2) 抗滑力矩：fWROBdACRLCRLMufRuCC L为为ACAC弧弧dWRLCdWRLMMFufsRs滑动力矩抗滑力矩二、圆弧滑动面的整体稳定分析第43页/共68页讨论:(1)当当0时，时，

13、n是是L(x,y)的函数，无的函数，无法得到法得到Fs的理论解的理论解(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(3)适用于饱和粘土第44页/共68页三、条分法的基本原理1 1原理原理则，无法求理论解，是 一个边值问题，应通过数值计算解决。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整体圆弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函数，若n不为零AORCsbB-2-1 01234567第45页/共68页2 2条分法中的力和求解条件条分法中的力和求解条件W Wi i大小和方向已知；滑动面上的N Ni i 、 T

14、Ti i( (含c ci il li i和N Ni itgtgi i) )大小未知；土条两侧，E Ei i F Fi i h hi i由前一个土条计算得出, ,E Ei i1 1、F Fi i1 1 、h hi i1 1未知；可见，作用在土条上的作用力有5 5个未知数，可以建立3 3个平衡方程，故为静不定问题。（1）未知量数目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi第46页/共68页(2) 力平衡条件（求解条件）简化计算方法：1.1.不考虑土条间的作用力，或只考虑其中的一个；2.2.假设条间力的作用方向或规定E Ei i和F Fi i的比值；3.3.假定条块间力的作用位置，h hi

15、i已知。第47页/共68页四. 简单条分法（瑞典条分法）1基本假设：基本假设：费伦纽斯假设土条两侧的合力相等，作用线重合，即土条两侧的作用力相互抵消。此时土条上的作用力仅有自重和滑动面上的两个分力。、2计算方法： 计算土条自重iibhW 将土条自重分解将土条自重分解iiiWNcosiiiWTsin第48页/共68页四. 简单条分法（瑞典条分法） 滑动面上土的抗剪强度为：滑动面上土的抗剪强度为：)cos(1)(1iiiiiiiiiiiiiifilctgWllctgNlctg计算滑动力矩和稳定力矩计算滑动力矩和稳定力矩: iiisRWRTMsinRlctgWRlMiiiiiifif)cos( 计算

16、土坡的稳定安全系数计算土坡的稳定安全系数 niiiiniiiiiiisfWRlctgWRMMK11sin)cos(对于均质土坡对于均质土坡 iicc niiiiniiiiiisfWlcWtgMMK11sin)cos(第49页/共68页3. 简单条分法计算步骤圆心O，半径R（如图）分条：b=R/10编号：过圆心垂线为0#条中线列表计算 li Wi i变化圆心O和半径R(cos)sini iiiisiiClWtgFWFs最小ENDNiiWTiAORCsbB-2-101234567第50页/共68页4. 瑞典简单条分法的讨论* 忽略了条间力，所计算安全系数K值偏小； 假设圆弧滑裂面，使K值偏大；总体

17、结果是K值偏小。* 越大(条间的抗滑作用力越大)，K值越偏小。* 假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别。一般情况下，Fs偏小10%左右工程应用中偏于安全* 由于忽略了条块间的作用力，只满足力矩平衡，不满足静力平衡。第51页/共68页四、毕肖普（Bishop）法PiiNiTiHiRiOWPi+1Hi+1bidiPi=Pi-Pi+1iiNiTiHi=Hi-Hi+1W 毕肖普（毕肖普（AWBishop）1955年提出的一种简化计算方年提出的一种简化计算方法法 。该方法可以考虑条块间的作用力。但在考虑整个滑动土体。该方法可以考虑条块间的作用力。但在考虑整个滑动土体力矩平衡条件时，认为各土条的作用力对圆心

18、力矩之和为零。力矩平衡条件时，认为各土条的作用力对圆心力矩之和为零。第52页/共68页1. 原理与特点 假设滑裂面为圆弧 不忽略条间作用力 土条的滑裂面上满足极限平衡条件 土条在y方向上（竖直）达到静力平衡 总体对圆心O力矩平衡四、毕肖普（Bishop）法第53页/共68页四、毕肖普（Bishop）法2. 推导过程 竖向平衡条件：竖向平衡条件：0cossin1iiiiiiiNTHHWiiiiiiiTHHWNsin)(cos1 若土条的稳定安全系数为若土条的稳定安全系数为 K， 与滑动面上的切向力与滑动面上的切向力相平衡的条件有：相平衡的条件有： fiiT)(1iiiiifiilctgNKlTi

19、iiiiiiiiitgKKlcHHWNsin1cossin)(1iiiiiisfWlctgNMMKsin)(第54页/共68页iiiitgKmsin1cos参数 包含有K，是一超越方程。采用试算的方法。查曲线的方法。iiniiniiiiiiiiiiiiWtgKlctgHHWKsinsin1coscos)(111四、毕肖普（Bishop）法2. 推导过程imniiiiniiiiiiiiWlctgWmK11sincos1简化简化01iiHH第55页/共68页四、毕肖普（Bishop）法毕肖普曲线毕肖普曲线mi 值曲线值曲线第56页/共68页3. 毕肖甫法计算步骤kkk圆心O，半径R设 K=1.0计

20、算 miYESFs最小END计算K/NoYESNokk第57页/共68页四、毕肖普（Bishop）法1. 满足整体力矩平衡条件；满足整体力矩平衡条件；2. 满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条块的力矩平衡；块的力矩平衡；3. 假设条块间作用力只有法向力没有切向力；假设条块间作用力只有法向力没有切向力；4. 满足极限平衡条件。满足极限平衡条件。5. 得到的安全系数较瑞典条分法略高一些。得到的安全系数较瑞典条分法略高一些。第58页/共68页费伦纽斯最危险滑动面圆心的确定方法费伦纽斯最危险滑动面圆心的确定方法五、圆弧滑动面的整体稳定分析第59页/共68页1

21、2土坡坡度土坡坡度（竖直（竖直: :水平）水平）坡角坡角1:0.581:0.586060292940401:11:14545282837371:1.51:1.533334141262635351:21:226263434252535351:31:318182626252535351:41:414140202252537371:51:5111119192525373711及及22的取值的取值 五、圆弧滑动面的整体稳定分析第60页/共68页六. 几种分析计算方法的总结方方法法整整体体圆圆弧弧法法简简单单条条分分法法毕毕肖肖普普法法普普遍遍条条分分法法（简简布布）滑裂面形状圆弧圆弧圆弧任意假设刚性滑

22、动体滑动面上极限平衡忽略条间力考虑条间力Hi=0（简布）Pi直线分布 wi，Ni交于条底中点Oi条件软粘土不排水Pn=0一般均质土一般一般均质土任意土（分层土）精度Fs偏小 10%Hi=0，误差20%-70%比较难确定整体力矩各条力矩各条垂直力平衡条件各条水平力第61页/共68页七、边坡稳定分析图解法土坡稳定分析工作土坡稳定分析工作量很大，许多学者量很大，许多学者整理出坡高整理出坡高H、坡、坡角角、与土的抗剪、与土的抗剪强度指标强度指标c、和和之间的关系，并绘之间的关系，并绘制如图关系，直接制如图关系，直接计算土坡稳定性。计算土坡稳定性。即知道其中即知道其中4个参个参数就可以计算剩余数就可以计算剩余的数值。的数值。第62页/共68页 4 水对边坡稳定的影响 从本质上讲，水的浸入将使土的抗剪强度指标降低、从本质上讲，水的浸入将使土的抗剪强度指标降低、有效应力减小，土体抗滑动能力减小，导致边坡失稳。有效应力减小，土体抗滑动能力减小，导致边坡失稳。 一、土的抗剪强度指标及安全系数的选用抗剪强度抗剪强度指标指标允许安全允许安全系数系数说明说明固结快剪固结快剪1.101.10 1.30