第八章土质边坡的稳定性ppt课件

1、第八章第八章 土坡的稳定性土坡的稳定性李仁平李仁平三峡大学土木与建筑学院三峡大学土木与建筑学院概概 述述土坡：泛指具有倾斜表面的土体。土坡：泛指具有倾斜表面的土体。 人工土坡基坑坑壁、土坝坝坡、路堤堤坡等人工土坡基坑坑壁、土坝坝坡、路堤堤坡等 天然土坡天然堆积土坡、河岸等天然土坡天然堆积土坡、河岸等z土滑坡：泛指已经滑动或有滑动趋势的土坡。土滑坡：泛指已经滑动或有滑动趋势的土坡。z 人工土滑坡基坑坑壁失稳、土坝坝坡滑动、路堤堤坡人工土滑坡基坑坑壁失稳、土坝坝坡滑动、路堤堤坡塌塌z 陷下滑等陷下滑等z 天然土滑坡天然山坡滑动、河流冲刷岸坡崩塌失稳天然土滑坡天然山坡滑动、河流冲刷岸坡崩塌失稳等等z

2、目的：正确回答一定坡高、坡比、坡形条件下边坡是否具有要求目的：正确回答一定坡高、坡比、坡形条件下边坡是否具有要求 z 的安全稳定性。的安全稳定性。z 提出正确的加固处理措施维持土坡的稳定性。提出正确的加固处理措施维持土坡的稳定性。z评价方法：极限平衡方法、极限分析方法、有限元分析方法。评价方法：极限平衡方法、极限分析方法、有限元分析方法。z 极限平衡方法是根据给定滑动面上土体的极限平衡条极限平衡方法是根据给定滑动面上土体的极限平衡条 z 件和莫尔库伦破坏准则来计算沿滑动面失稳的可能件和莫尔库伦破坏准则来计算沿滑动面失稳的可能 z 性。性。无粘性土坡的稳定性均质干坡和水下坡：没有渗透力作用WNT

3、tantansintancosWWTRFs表面取微单元体进行受力分析表面滑动1sF临界坡角有渗流作用的均质土坡在逸出点表面取一定体积的微单元体进行受力分析VW)sin(cosViVNwViJw)cos(sinViVTwWNTJ微单元体沿坡面滑动的安全系数)cos(sintan)sin(costaniVViVVTNFwws如果渗流逸出段顺坡面流动，那么：sin/dldhisinsintancos)cos(sintan)sin(cosVVViVViVVFwwwstantansintancossatsatsVVF 与干坡或水下坡比较，当渗流逸出段顺坡面流动时，安全系数降低约一半。因此，有渗流逸出时，

4、下游坝坡要平缓的多。部分浸水土坡当水库部分蓄水时，水位以上是干坡，以下是浸水坡，由于水位上下坡体的容重从干重度变为浮重度，下部的抗滑力减小，即使粗粒土坝壳，其危险滑动面也可能向坝体内深入。ABCDE21ABCDE2N1N1T2TW222111tantanTNFTNFssssFNTFNT222111tantan00yxFFsFNN,21根据力的平衡关系，只有两个方程，而未知量有三个。属于超静定问题。进一步将折线形滑体在转折处分离为两个脱离体，并假定力的作用方向。令P1 与内坡DC平行,考虑块体BCDE的平衡sFWWP1111tancossin然后，分析块体EDA的沿AD滑动的安全性222112c

5、os)sin(WPN222112sin)cos(WPTABCDE2N1N1T2T2W1W1P22211222211sin)cos(tancos)sin(WPWPFs粘性土坡的稳定性 粘性土坡的抗剪强度包括粘聚力和摩擦力两项，由于粘聚力的存在，粘性土坡不像无粘性土坡一样沿表面滑动，而是深入土体内部的滑动。根据极限平衡理论分析，均质粘性土坡的滑动面为对数螺线，近似与圆柱面。实际观测到的滑面亦呈圆弧面。整体圆弧滑动法：K.E. Petterson, 1915ABCORdWcfR下滑力矩：WdMs抗滑力矩：RACcMRdWRACcMMFsRs条分法的基本概念 当摩擦角大于零时，滑动面上不同位置处土的抗

6、剪强度不同，为了考虑抗剪强度的变化，通常采用条分法，分别考虑各个竖直线分割条块的抗剪强度。把每个条块当作刚体。ABCo0123451R3iW1iP1iHiPiHih1ihiNiTi每一个条块的已知量： 求解量iiiiiWhHP,iiiiiTNhHP,111每一个条块只能建立三个平衡方程和一个极限平衡方程。0, 0, 0iyixiMFFsiiiiiFlcNTtan瑞典条分法ABCoRiiiWiNiTid假定条块间的作用力大小相等，方向现方向相反，相互抵消。根据径向力的平衡关系：iiiWNcos根据滑弧面上的极限平衡关系：siiiiiFlcNTtan重力力矩：抗力力矩：iiiiRWdWsinsii

7、iiisiiiiiFRlcWFRlcNRT)tancos()tan(根据力矩平衡关系：siiiiiiiFRlcWRW)tancos(siniiiiiiisWlcWFsin)tancos(瑞典条分法是忽略了条间作用力的一种简化方法，它只满足了力矩平衡关系，而不满足力的平衡关系。毕肖普方法，A.N.Bishop,1955idiWiHiiiPiNiT根据竖向力平衡关系 0zFiiiiiiTNHWsincosiiiiiiTHWNsincosABCoRiiiWiNiTiHiP1iH1iPib根据满足安全系数的极限平衡条件)tan(1iiiisiNlcFTiiiiisiiiiNlcFHWNsin)tan(

8、1cosisiiiiisiiiisiiiiiFlcHWmFFlcHWNsin1tansincossin考虑整个滑动体的整体力矩平衡条件，各土条的作用力对于圆心的力矩之和为零。这时条间力Pi 和Hi是成对出现的，大小相等，方向相反，互相抵消，对圆心不产生力矩；滑动面上的正压力通过圆心，也不产生力矩。因此，只有重力和滑动面上的切向力产生力矩。RTdWiiiRNlcFRWiiiisii)tan(1sintan)sin(11siniisiiiiiiisiiFlcHWmlcFWtan)sin(11siniisiiiiiiiisiiFlcHWmlcmFWsiiiiFmtansincosiiiiiiiiis

9、WHWlcmFsintan)(cos1令0iHiiiiiiisWWbcmFsintan1与瑞典条分法相比较，简化毕肖普方法是在不考虑条间切向力的条件下满足了力的多边形闭合条件，也就说考虑条间水平力的作用。普遍条分法简布法，N.Janbu）普遍条分法的特点是假定条块间的水平作用力的位置。在这一前提下，每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件，滑动体的整体力矩平衡条件得到了满足，而且适用于任何滑动面而不必规定滑动面是一个圆弧面。iWiiNiTABCOiiWiiiHHH1iiiiiPPP1iN)tan(1iiiisiNlcFTiXiO1iP1iHiPiH1ihihihiNiTiW根据竖向力平衡关

10、系 0zFiiiiiiTNHWsincosiiiiiiTHWNsincos根据水平向力平衡关系 0 xFiiiiiNTPsincosiWiiiHHH1iiiiiPPP1iN)tan(1iiiisiNlcFTiiiiiiiiiiiiiiiiHWTTHWTPtan)(cossincossincossincos2根据极限平衡条件)tan(1iiiisiNlcFT由上式整理得到siiiiiiiisiFHWlcFTtantan1tan)(cos11上式代入前面 计算式iPiiiiiiiiisiiisiHWHWlcFFPtan)(tan)(cos/tantan1sec120P1P2P3PnPijjinPP

11、PPPPPPPPP1212121100, 0 a b01niinPP0tan)(tan)(cos/tantan1sec12iiiiiiiiisiiisHWHWlcFFiiisiiiiiiiisHWFHWbcFtan)(/tantan1sectan)(2iiiiiiiiisHWmHWbcFsin)(1tan)(siiiiFmtansincos上式与毕肖普计算公式很相似，但分母有差别。毕肖普公式是根据滑动面为圆弧面，滑动土体满足力矩平衡条件推导出的。简布法则是利用力的多边形闭合条件和极限平衡条件，最后由条间水平向推力代数和为零的条件推出的。 c根据单个条块的力矩平衡关系，推导条块间切向力增量 0o

12、iM0tan21tan21)(2)(2iiiiiiiiiiiiiiiXhPXhhPPXHHXHiXiO1iP1iHiPiH1ihihihiNiTiWi略去高阶微分微分项整理后得iiiiiiiiiiiiiiiiHHHXhPXhPHhPhPXH10 d e c d e b a根据，通过迭代法求解0iH令1sFc）式求解依据（iPa）式求解依据（iPb）式求解依据（iHd）式求解依据（iHe）式求解依据（2sFc）式求解依据（12ssFF否End是求解步骤渗流条件下土坡的稳定分析总应力法与有效应立法稳定渗流条件下两种分析方法方法之一：土体整体作为脱离体，滑动面为脱离体的边界面，该界面上作用有水压力，

13、在确定滑面上的法向力时，考虑水压力的作用。方法之二：土骨架作为脱离体，孔隙中的渗流作为连续体，对于土骨架受到渗透力和浮力作用，不再考虑滑动面上的水压力作用。acbdioio方法之一：第i个土条iisatiibhhW)(21cdabih1ih2tihiWiiNiT浸润线等势线ibiiiWTsiniiiWNcos有效法向力itiwiiilhWNcos安全系数iiiiiitiwiisWlclhWFsintan)cos(方法之二：cdabih1ih2iWiiNiT浸润线ibiJ第i个土条iiiibhhW)(21iiiWTsiniiiWNcos渗透力iiwiViJ安全系数RdJWlcWFiiiiiiii

14、issintancosacbdiJiido地震期边坡的稳定分析 地震对边坡稳定的影响有两种作用：一是使坡体随时间变化的加速运动，产生惯性力，促使边坡滑动；一是震动作用使土体趋于变密，饱和条件下会产生孔隙水压力，从而减小土的抗剪强度。对于密实的粘性土，第一种惯性力起主导作用；而对于饱和、松散的无粘性或低塑性粉质土，则第二种作用影响大。一般通过总应力分析方法考虑地震惯性力进行稳定分析拟静力法。地震惯性力设计烈度HK0708091 . 02 . 04 . 0HK水平向地震系数水平向地震惯性力iizHhiWCKQ综合影响系数 1/4地震加速度分布系数竖向水 平 向mH150mH40mHm15040碾压

15、式土坝、堆石坝5 . 20 . 1HiHi5 . 20 . 1HiHi5 . 15/3H地震加速度分布系数i对于土石坝，地震惯性力的计算一般只计水平向地震力，但对于高烈度8、9的大型工程，还要计算竖向地震惯性力。竖向地震系数一般取水平向地震系数的2/3，同时考虑两向惯性力时，还要计耦合系数，取1/2。故竖向地震惯性力为：hiiizHviQWCKQ313221RoidiiWviQhiQ法向力ihiiviiiQQWNsincos)(满足极限平衡条件的切线抗力iiiihiiviifilcQQWTtansincos)(滑动力矩ihiiviisdQRQWMsin)(抗滑动力矩RlcQQWMiiiihii

16、viiRtansincos)(RdQQWlcQQWFihiiviiiiiihiiviissin)(tansincos)(计算实例分析Bishop MethodJanbu MethodBishop MethodJanbu Method1.932Lesson 12: Stability analysis with the pore-water pressure defined by a piezometric line0102030405060468101214161820222426283032340253/18mkNkPac50253/18mkNkPac5Bishop Method总总 结结1、土质边坡的稳定分析方法是基于莫尔库伦强度理论和土、土质边坡的稳定分析方法是基于莫尔库伦强度理论和土体的静力平衡条件的方法。体的静力平衡条件的方法。2、无粘性土坡的失稳滑动呈坡面表层滑动；粘性土坡的失稳、无粘性土坡的失稳滑动呈坡面表层滑动；粘性土坡的失稳滑动面呈坡体内弧面滑动；天然土坡可能沿着软弱结构面滑动面呈坡体内弧面滑动；天然土坡可能沿着软弱