第八章-粘性土土坡的稳定

1、粘性土土坡的稳定性分析粘性土土坡的稳定性分析 瑞典园弧法瑞典园弧法： 园弧滑动面：均质粘性土坡发生滑动时，假定其滑动面为一园弧形。 粘性土坡的滑动粘性土坡的滑动： 滑动土体在重力作用下，将绕园心旋转而向下滑动。 粘性土土坡的稳定性分析粘性土土坡的稳定性分析 计算简图：计算简图：粘性土土坡的稳定性分析粘性土土坡的稳定性分析 滑动土体受力分析滑动土体受力分析： 假定滑动土体为刚性土体； 将滑动土体取为脱离体，分析受力。 滑动力矩滑动力矩： 使土体绕园心下滑的力矩：Ms=Wd 抗滑力矩抗滑力矩： 阻止土体滑动的力矩：MR=fLR抗转动稳定安全系数抗转动稳定安全系数 抗转动稳定安全系数抗转动稳定安全系

2、数： 等于抗滑力矩与滑动力矩的比值： 稳定性评判稳定性评判： Fs1，土坡稳定 Fs=1，土坡处于极限平衡状态 Fs1，土坡不稳定WdLRMMFfSRs土坡最危险滑弧的确定土坡最危险滑弧的确定 确定方法确定方法： 1）假定多个不同的滑弧； 2）通过试算找出多个相应的Fs； 3）与最小Fs相应的滑弧，就是该土坡的最危险滑弧； 4）评价一个土坡的稳定性时，这个最小的Fs不应小于规范规定。土坡最危险滑弧的确定土坡最危险滑弧的确定 计算简图：计算简图：泰勒图表法泰勒图表法 土坡稳定性的影响因素土坡稳定性的影响因素： c、H 稳定数稳定数： 泰勒图表泰勒图表： 按不同的值绘出-Ns的关系曲线。 稳定性分

3、析稳定性分析： 确定土坡的极限高度Hc或 极限坡脚。 适用条件适用条件： 泰勒图表法多用于计算均质、高度小于10m的堤坝边坡。cHNcs泰勒图表法泰勒图表法 计算简图：计算简图：泰勒图表法泰勒图表法 计算简图：计算简图：条分法的基本概念条分法的基本概念 瑞典园弧法的局限：瑞典园弧法的局限： 1）对于外形比较复杂、0的粘性土坡，特别是多层土坡； 2）滑动土体的重量和重心较难确定； 3）滑动面上的抗剪强度分布不均。 4）难以直接用瑞典圆弧法计算安全系数：WdLRMMFfSRs条分法的基本概念条分法的基本概念 条分法条分法： 1）在土坡的稳定性分析中，常将滑动土体分成若干垂直土条； 2）分别求各土条

4、对滑弧园心的抗滑力矩和滑动力矩，再求其总和； 3）根据总的抗滑力矩和滑动力矩的比值来确定抗转动稳定安全系数的方法。条分法条分法 计算简图：计算简图：土条受力分析土条受力分析 任一土条的受力任一土条的受力： 土条的自重Wi 土条两侧的推力Pi、Pi+1 土条两侧的摩擦力Hi、Hi+1 土条的径向反力Ni 土条的侧向反力Ti太沙基公式太沙基公式 基本假定基本假定： 1）土条两侧的推力Pi、Pi+1和摩擦力Hi、Hi+1的合力大小相等、方向相反； 2）且它们的作用线重合。 受力分析受力分析： 1）土条的重力Wi 2）土条的径向反力Ni 3）侧向反力Ti太沙基公式太沙基公式 抗转动稳定安全系数抗转动稳

5、定安全系数： 滑动力矩滑动力矩： 所有土条自重引起的切向力对园心的力矩。 抗滑力矩抗滑力矩： 所有土条底部的抗剪强度对园心的力矩。 则抗转动稳定安全系数为抗滑力矩与滑动力矩之比：iiiiiiisRsWtgWlcMMFsin)cos( 毕肖普公式毕肖普公式 基本假定基本假定： 1）考虑土条两侧的推力； 2）当土坡处于稳定状态时，任一土条内滑弧面上的抗剪强度只发挥了一部分，与侧向力相平衡； 3）当整个滑动土体处于平衡状态时，各土条对园心的力矩之和为0，条间推力为内力，将相互抵消。siisiiiFtgNFlcT 毕肖普公式毕肖普公式 计算简图：计算简图： 毕肖普公式毕肖普公式 抗转动稳抗转动稳定安全

6、系数定安全系数：iiiiiiiiiiiisWtgPPHHWlcFsinsin)(cos)(11简化毕肖普公式简化毕肖普公式 简化简化： 1）实用时，毕肖普建议不计分条间的摩擦力之差， 即令 Hi+1-Hi=0 2）这时所有作用力在垂直和水平方向的总和都为0。 则： iisiiisiiiiisiiFtgWFlctgWFPPcossinsincos11简化毕肖普公式简化毕肖普公式 抗转动稳定安全系数抗转动稳定安全系数： 用总应力分析： ci、i是总凝聚力和总内摩擦角。iiisiiiiiiisWFtgtgWlcFsin)cossin()cos(简化毕肖普公式简化毕肖普公式 抗转动稳定安全系数抗转动稳

7、定安全系数： 用有效应力分析： ui是孔隙水压力； ci、i是有效凝聚力和有效内摩擦角。niiiniiiiiiiisWmtgbuWlcF111sin)(cossiiiFtgmsincos安全系数计算方法安全系数计算方法 试算法试算法： 1）先假定Fs=1； 2）代入上式右边求出左边的Fs； 3）如假定的Fs与计算出的Fs不等； 4）则用求出的Fs再代入上式右边求出新的Fs； 5）直到假定的Fs与求出的Fs相等为止； 6）这时的Fs就是所求的Fs。安全系数计算方法安全系数计算方法 简化计算简化计算： 影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素 成层土坡及地下水位情况成层土坡及地下水位情况：影响土坡稳定

8、的因素影响土坡稳定的因素 成层土坡及地下水位情况成层土坡及地下水位情况： 1）分层计算土条重量，进行叠加； 2）凝聚力和内摩擦角采用各土层的指标。 3）注意地下水位上下土体的容重及指标不同。 则安全系数为：iiiiiiiiishhbtghhblcFsin)(cos)(22112211影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素 渗流作用渗流作用：影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素 安全系数安全系数： h1i为i土条浸润线以上部分高度； h2i为浸润线以下、坡外水位线以上部分的高度； h3i为坡外水位线以下部分高度。niiiiisatiniiiiiiiniisbhhhtgbhhhlcF13211321

9、1sin)(cos)(影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素 地震作用：地震作用：影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素 地震惯性力地震惯性力： 水平向地震惯性力为： 1）KH是水平向地震系数，为地面水平最大加速度的统计平均值与重力加速度之比； 2）Cz是综合影响系数，一般取0.25； 3）Wi是土条的自重； 4）i是地震加速度分布系数。 一般只考虑水平向地震作用，但设计烈度9度以上，应同时考虑水平向和垂直向地震作用。iizHiWCKQ影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素 地震作用下的安全系数地震作用下的安全系数： Qi是水平向惯性力； MiC是水平向惯性力对滑动圆心的力矩； ci、i是地震作用下

10、土体的凝聚力和内摩擦角。/sin)(sincos)(RMbhhhtgQbhhhlcFiCiiiisatiiiiiiiiiiis321321复合滑动面的土坡稳定分析复合滑动面的土坡稳定分析 复合滑动面复合滑动面： 由直线和曲线组成的非圆弧滑动面。 非瑞典圆弧法概念非瑞典圆弧法概念： 简布非圆弧普遍条分法： 1）不是假定分条界面上推力的数值或方向； 2）而是假定推力作用点的位置； 3）按照静力平衡原理计算安全系数。复合滑动面的土坡稳定分析复合滑动面的土坡稳定分析 复合滑动面法复合滑动面法：复合滑动面的土坡稳定分析复合滑动面的土坡稳定分析 复合滑动面法的安全系数复合滑动面法的安全系数： 1）P1是滑动力，用条分法作力多边形计算，也可用主动土压力计算； 2）P2是抗滑力，用条分法作力多边形计算，也可用被动土压力计算； 3）Tf是软弱夹层中的抗滑阻力，W是滑块自重。 12滑动力抗滑力PTPFfsWtgcLTf复合滑动面的土坡稳定分析复合滑动面的土坡稳定分析 最危险滑弧面位置的确定最危险滑弧面位置的确定： 1）先加到一个B点，选定多个C点，绘出不同滑弧；确定P2 最小时的滑弧； 2）再绘