第08章土坡稳定ppt课件

1、Stability analysis of soil slopes1 1 概述概述2 2 表层滑动的稳定分析表层滑动的稳定分析3 3 深层滑动的稳定分析深层滑动的稳定分析4 4 水对土坡稳定的影响水对土坡稳定的影响第八章第八章 土坡稳定性分析土坡稳定性分析8.1 概述一、土坡：具有倾斜面的土体一、土坡：具有倾斜面的土体 坡面坡顶坡底坡高H坡肩坡角坡脚8.1 概述 江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有倾斜面的土体一、土坡：具有倾斜面的土体贵州洪家渡 山、岭、丘、岗、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡一. 土坡8.1 概述 挖方：沟、渠、坑、池挖方：沟、渠、坑、池一. 土坡8.1 概述 填方：堤、坝、路基、

2、堆填方：堤、坝、路基、堆料料小浪底土石坝一. 土坡8.1 概述二. 滑坡-滑坡的主要方式8.1 概述岩体崩塌过程表示图岩体崩塌过程表示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：8.1 概述滑坡过程表示图滑坡过程表示图8.1 概述泥石流开展现意图8.1 概述二. 滑坡8.1 概述2 2呵斥滑坡的缘由呵斥滑坡的缘由二. 滑坡(1)滑动力增大：滑动力增大： 在坡顶堆载、建筑建筑物和车辆行驶；雨水或在坡顶堆载、建筑建筑物和车辆行驶；雨水或地表水渗人使土的重度添加；坡顶竖向裂痕中的地表水渗人使土的重度添加；坡顶竖向裂痕中的水压力、浸透力和地震力对土坡的作用等。水压力、浸透力和

3、地震力对土坡的作用等。(2)抗滑力减小：抗滑力减小： 土的抗剪强度因含水量添加而下降；孔隙水土的抗剪强度因含水量添加而下降；孔隙水压力增大使有效应力和摩擦力减小；坡脚处土体压力增大使有效应力和摩擦力减小；坡脚处土体被冲刷或移走等。被冲刷或移走等。应如何分析、判别应如何分析、判别边坡的稳定性？边坡的稳定性？假定一滑动面假定一滑动面计算滑坡体的滑动力和抗滑力计算滑坡体的滑动力和抗滑力土坡稳定平安系数土坡稳定平安系数搜索最小平安系数的滑动面搜索最小平安系数的滑动面确定滑动面外形确定滑动面外形8.1 概述cosN W3 3滑动面的外形滑动面的外形主要取决于土的性质和工程地质构造：主要取决于土的性质和工

4、程地质构造：1. 粗粒土坡的滑坡深度浅、外形接近于平面粗粒土坡的滑坡深度浅、外形接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡体内，均质粘性土坡粘性土滑坡面深度到坡体内，均质粘性土坡 滑动面的外形按塑性实际分析为对数螺旋曲滑动面的外形按塑性实际分析为对数螺旋曲 面，在计算中通常以圆弧面替代。面，在计算中通常以圆弧面替代。8.2 表层滑动的稳定性分析土坡对象：无粘性土土坡对象：无粘性土破坏方式：外表浅层滑坡破坏方式：外表浅层滑坡强度参数：内摩擦角强度参数：内摩擦角调查一无限长坡，坡角为调查一无限长坡，坡角为分析一微单元分析一微单元A A砂性土的土坡稳定分析1微单元A自重: W=VcosR N tg Wt

5、g 2)沿坡滑动力：cossinRWtgKtgTWtg抗滑力滑动力3)对坡面压力： (由于无限土坡两侧作用力抵消) tgKtg4抗滑力： 5)抗滑平安系数： RNWANWTWRN一. 无渗流的无限长土坡当 K1时 稳定 即 K1时 失稳 即 K=1 时 临界形状 即= 8.2 砂性土的土坡稳定分析无渗流的无限长土坡讨论u当当=时，时，K=1.0K=1.0，天然休，天然休止角止角u可见平安系数与土容重、坡高无关u与所选的微单元大小无关。u 即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面u上平安系数K都相等思索题：干坡与静水下，假设坡中不变，K有什么变化c o sR N t gV t g 8.2 砂性土的土坡

6、稳定分析(3) (3) 抗滑力：抗滑力： c o ss i ns a ts a tRt gKt gTJt g(2) (2) 滑动力：滑动力：WV有渗流砂土边坡平安系数有渗流砂土边坡平安系数(4) (4) 抗滑平安系数：抗滑平安系数： DwJGVIV浸透力平行坡面NWTAWRN l hJRNWJsinlhIs inwV (1)(1)取微单元取微单元A A的土骨架为隔离体，作用力的土骨架为隔离体，作用力二.有沿坡渗流情况0 .5s a t自重：自重：浸透力：浸透力：即地下水沿坡面流动地下水流动方向s a ttgKtg 8.2 砂性土的土坡稳定分析注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可 能破坏ta

7、n1 .2 5 1 .3ta n; K K 值 一 般 取讨 论 与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点平安 系数一样 与容重有关WTNA l h二.有沿坡渗流情况与无渗流比较K减小近一倍 8.2 砂性土的土坡稳定分析本节小结本节小结边坡对象：无粘性土土坡边坡对象：无粘性土土坡破坏方式：外表浅层滑坡破坏方式：外表浅层滑坡分析方法：思索为无限长坡分析方法：思索为无限长坡平安系数：平安系数：sMWa土层性质：粘性土、土质均匀强度参数：粘聚力C，内摩擦角破坏方式：实践滑坡阐明，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 8.3 粘性土土坡稳定分析 深层滑动的稳定性分析一、概述

8、条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分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。在水下情况均适用。彼得森彼得森(K.E.Petterson)(K.E.Petterson)于于19161916首先提出，采用首先提出，采用圆弧滑动面分析土坡稳定性。以后费伦纽斯圆弧滑动面分析土坡稳定性。以后费伦纽斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒和泰勒(D.W.Taylor,1948)(D.W.Taylor,1948)又做了一些改良。又做了一些改良。总体说有两种分析方法：总体说有两种分析方法：1 1整体圆弧滑动法整体圆弧滑动法2 2条分法条分法主要

9、适用于均质简单土坡。所谓简单土坡是指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，顶面和地面程度，且土质均土坡的坡度不变，顶面和地面程度，且土质均匀，无地下水。匀，无地下水。 8.3 粘性土土坡稳定分析1、分析计算方法 均质土均质土 二维二维 圆弧滑动面圆弧滑动面 滑动土体呈刚性转动滑动土体呈刚性转动 在滑动面上处于极限平衡形状在滑动面上处于极限平衡形状1假设条件：假设条件：ruMCLR图图 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 8.3 粘性土土坡稳定分析2 2平衡条件各力对平衡条件各力对O O的力矩平衡的力矩平衡uCC (1) (1) 滑动力矩：滑动力矩

10、：(3) (3) 平安系数：平安系数：当当=0=0粘土不排水强度时，粘土不排水强度时， (2) (2) 抗滑力矩：抗滑力矩：fWROBaACLfursL RC L RMKMW a W a 抗 滑 力 矩滑 移 力 矩0lr fMd lR 为为ACAC弧长弧长0()lnRct gd l二、圆弧滑动面的整体稳定分析 8.3 粘性土土坡稳定分析0lnRcL Rtg dl 0lntgd eiiWV讨论:(1)当当0时，时，n是是L(x,y)的函数，的函数，无法无法 得到得到K的实际解的实际解(2)其中圆心其中圆心O及半径及半径R是恣意假设的，是恣意假设的， 还必需计算假设干组还必需计算假设干组O, R

11、找到最找到最小小 平安系数平安系数 最能够滑动面最能够滑动面(3)适用于饱和粘土适用于饱和粘土 8.3 粘性土土坡稳定分析1原理一个简化处理方法是将滑动土体分成条条分法。iiiWNcos整体圆弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函数，假设n不为零ORbCA-2-1 01234567那么，无法求实际解，那么，无法求实际解，是是 一个边值问题，应一个边值问题，应经过数值计算处理。经过数值计算处理。实践是一种离散化计算方法。三、条分法的根本原理 8.3 粘性土土坡稳定分析Wi大小和方向知；滑动面上的Ni 、 Ti(含cili和Nitgi)大小未知；土条两侧，Ei 、 Fi 、 hi由前一个土条计算得

12、出,Ei1、 Fi1 、hi1未知；可见，作用在土条上的作用力有5个未知数，可以建立3个平衡方程，故为静不定问题。1未知量数目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2条分法中的力和求解条件 8.3 粘性土土坡稳定分析简化计算方法：1.不思索土条间的作用力，或只思索其中的一个；2.假设条间力的作用方向或规定Ei和Fi的比值；3.假定条块间力的作用位置，hi知。(2) 力平衡条件求解条件 8.3 粘性土土坡稳定分析1根本假设：根本假设：费伦纽斯假设土条两侧的合力相等，作用线重合，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。此时土条上的作用即土条两侧的作用力相

13、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。力仅有自重和滑动面上的两个分力。2计算方法：计算方法：计算土条自重计算土条自重iiiWTsin11( c o s)fiiiiiiiiiiiiiitg c N tg c W tg clll 将土条自重分解sinsiiiiM TR W R ( c o s)r ifiiii i iiM lRW tg c lR 四. 简单条分法瑞典条分法 8.3 粘性土土坡稳定分析滑动面上土的抗剪强度为：11(c os)s i niniiiiisiiniiiiRWt gclMKMRW计算滑动力矩和稳定力矩: iicc 11cossininiisiiniiiitg

14、WcLMKMW计算土坡的稳定平安系数 PiiNiTiHiRiOWPi+ 1Hi+ 1bidi Pi= Pi- Pi+ 1iiNiTi Hi= Hi- Hi+ 1W对于均质土坡 ABHABHE四. 简单条分法瑞典条分法 8.3 粘性土土坡稳定分析* 忽略了条间力，所计算平安系数K值偏小； 假设圆弧滑裂面，使K值偏大；总体结果是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，与实践滑裂面有差别。普通情况下，普通情况下，K K偏小偏小10%10%左右工程运用中偏于平安左右工程运用中偏于平安* 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。瑞典简单条分法的讨论

15、8.3 粘性土土坡稳定分析 毕肖普毕肖普A.W.Bishop1955年提出的一种简化计算方年提出的一种简化计算方法法 。该方法可以思索条块间的作用力，但不思索土条。该方法可以思索条块间的作用力，但不思索土条间的竖向切向力，且规定了滑动面上切向力的大小。间的竖向切向力，且规定了滑动面上切向力的大小。五、毕肖普Bishop法为了改良条分法的精度，许多人都以为应该思索土条间的作用力超静定问题。 8.3 粘性土土坡稳定分析ABHDH4.5HE 8.3粘性土土坡稳定分析最危险滑弧位置确实定： 以上是对一个假设滑弧求得的稳定平安以上是对一个假设滑弧求得的稳定平安系数，为找到最危险的滑弧，应假设一系数，为找

16、到最危险的滑弧，应假设一系列滑弧经过试算求得最小平安系数系列滑弧经过试算求得最小平安系数1.费伦纽斯确实定方法ABHEDH4 . 5 HABHEDH4.5Hk1O5O4O2O3O1ABHEDH4.5HO3O4O5k3k4k5k2k1ABHEDH4.5HO3O4O5k1k2k3k4k5ABHEDH4.5HO3O4O5k1k2k3k4k5kminO1O2ABHEDH4.5HO4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O51O61O41ABHEDH4.5HO41O4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51ABHEDH4.5HO41O4O5k1k2k

17、3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51kmin2BEO41O4O5k1k2k3k4k5kmin1O2O1k11O11O21O61O51kmin212ABH 8.3 粘性土土坡稳定分析ABHABHk2k3k4O1O3O5O4O2k1k5kmin土坡坡度（竖直:水平）坡角1:0.581:0.586060292940401:11:14545282837371:1.51:1.533334141262635351:21:226263434252535351:318182626252535351:41:414140202252537371:51:511111919252537371及2

18、的取值 8.3 粘性土土坡稳定分析1980年，美国肯塔基州立大学 陈惠发根据大量计算阅历指出，最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚各为0.1n*H处，且最危险滑弧中心位于fd线的垂直平分线上。亦可经过试算法确定。D wJG AIA 111(c o s)s inininiiisiiiniiiiRtg Wc lMKMR Wr J 2.陈惠发的阅历法 8.3 粘性土土坡稳定分析一、土的抗剪强度目的及平安系数的选用8. 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目的降低、有效应力减小，土体抗滑动才干减小，导致边坡失稳。 土体的抗剪强度参数的恰中选取是影响土坡土体的抗剪强度参数的恰中选取是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要要素。原那么稳定分析成果可靠性的主要要素。原那么: (1)尽能够采用有效应力方法；尽能够采用有效应力方法；(2) 实验条件尽量符实验条件尽量符合土体的实践受力和排水条件。合土体的实践受力和排