土坡稳定分析安徽理工大学PPT教案

1、土坡稳定分析安徽理工大学土坡稳定分析安徽理工大学概述 基本概念与基本原理 第1页/共30页概述天然土坡天然土坡人工土坡人工土坡由于地质作用而自然由于地质作用而自然形成的土坡形成的土坡 在天然土体中开挖或在天然土体中开挖或填筑而成的土坡填筑而成的土坡 山坡、江河山坡、江河岸坡岸坡路基、堤坝路基、堤坝坡底坡底坡脚坡脚坡角坡角坡顶坡顶坡高坡高土坡稳定分析问题土坡稳定分析问题第2页/共30页概述1 天 然 土坡 江、河、湖、海岸坡第3页/共30页概述2 人 工 土坡 挖方：沟、渠、坑、池第4页/共30页概述2人工土坡 填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝第5页/共30页基本概念与基本原理一、基本概念

2、1天然土坡：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称 为天然土坡。2人工土坡：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土坡。3滑坡：土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移， 以至丧失原有稳定性的现象。4圆弧滑动法：在工程设计中常假定土坡滑动面为圆弧面， 建立这一假定的稳定分析方法，称为圆弧滑动法。它是极 限平衡法的一种常用分析方法。第6页/共30页基本概念与基本原理一、基本概念 滑坡 第7页/共30页基本概念与基本原理一、基本概念 第8页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 1.土坡失稳原因分析 （1）斜坡的土质：各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄

3、土等，遇水后软化，使原来的强度降低很多。（2）斜坡的土层结构：如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当下伏土层(或岩层)不透水时，容易在交界上发生滑动。（3）斜坡的外形：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下缓的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，当土坡不高时尚可直立，但随时间和气候的变化，也会逐渐塌落。 内部因素第9页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 1.土坡失稳原因分析 （1）降水或地下水的作用：持续的降雨或地下水渗入土层中，使土中含水量增高，土中易溶盐溶解，土质变软，强度降低；还可使土的重度增加，以及孔隙水压力的产生，使土体作用有动、静水压力，促使土体失稳，故设计斜坡应针对这些原

4、因，采用相应的排水措施。（2）振动的作用：如地震的反复作用下，砂土极易发生液化；粘性土，振动时易使土的结构破坏，从而降低土的抗剪强度；施工打桩或爆破，由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。（3）人为影响：由于人类不合理地开挖，特别是开挖坡脚；或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近；在斜坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。 外部因素第10页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 2.无粘性土坡稳定性分析 (1)(1)一般情况下的无粘性土土坡一般情况下的无粘性土土坡TT均质的无粘性土土坡，均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力下，土

5、粒间无粘结力 只要位于坡面上的土单元体只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的就是稳定的 单元体稳定单元体稳定TT土坡整体土坡整体稳定稳定NW第11页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 2.无粘性土坡稳定性分析 (1)(1)一般情况下的无粘性土土坡一般情况下的无粘性土土坡WTTN稳定条件：TTsinWT cosWNtanNT 砂土的内摩砂土的内摩擦角擦角tancosWT 抗滑力与滑动抗滑力与滑动力的比值力的比值 安全系数安全系数tantansintancosWWTTFs第12页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 2.无粘

6、性土坡稳定性分析 (2)(2)有渗流作用时的无粘性土土坡有渗流作用时的无粘性土土坡分析分析稳定条件稳定条件：TT+JJTTFsWTTNJ顺坡出流情况顺坡出流情况:sinwJ tantansinsintancossintancossatwsJWWJTTF / / satsat1/21/2，坡面有顺坡渗流坡面有顺坡渗流作用时，无粘性作用时，无粘性土土坡稳定安全土土坡稳定安全系数将近降低一系数将近降低一半半 第13页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (1)(1)瑞典圆弧滑动法瑞典圆弧滑动法NfWROBd假定滑动面为圆柱面，截假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利

7、用土体极限面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况：平衡条件下的受力情况： 滑动面上的最大滑动面上的最大抗滑力矩与滑动抗滑力矩与滑动力矩之比力矩之比 饱和粘土，不排水剪条饱和粘土，不排水剪条件下，件下， u u0 0，f fc cu u WdRLcFusWdRLRLRLMMFfffsCA第14页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 粘性土土坡滑动前，坡顶常粘性土土坡滑动前，坡顶常常出现竖向裂缝常出现竖向裂缝 CRdBAWfONA z0深度近似采用深度近似采用土压力临界深土压力临界深度度 aKcz/20裂缝的出现将使滑弧长度由裂缝的出现将使滑弧长度由AC减

8、减小到小到AC，如果裂缝中积水，还要，如果裂缝中积水，还要考虑静水压力对土坡稳定的不利考虑静水压力对土坡稳定的不利影响影响 Fs是任意假定某个滑动面的抗滑是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要求的是与最危安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数险滑动面相对应的最小安全系数 假定若干滑动面 最小安全系数最小安全系数 (1)(1)瑞典圆弧滑动法瑞典圆弧滑动法第15页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 最危险滑动面圆心的确定最危险滑动面圆心的确定12ROBA对于均质粘性土土坡，对于均质粘性土土坡，其最危险滑动面通过其最危险滑动面通过坡脚坡脚

9、 =0=0 圆心位置由圆心位置由1 1，2 2确定确定OB12AHE2H4.5HF Fs s 00 圆心位置在圆心位置在EOEO的延的延长线上长线上 (1)(1)瑞典圆弧滑动法瑞典圆弧滑动法第16页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (2)(2)条分法条分法abcdiiOCRABH对于外形复杂、 0的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析 各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩 滑动土体分为若干垂直土条土坡稳定安全系数 第17页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.

10、粘性土坡稳定性分析 (2)(2)条分法条分法条分法分析步骤条分法分析步骤I IabcdiiOCRABH1.1.按比例绘出土坡剖面按比例绘出土坡剖面 2.2.任选一圆心任选一圆心O O，确定滑动，确定滑动面，将滑动面以上土体分成面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条几个等宽或不等宽土条 3.3.每个土条的受力分析每个土条的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi静力平衡静力平衡假设两组合力假设两组合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi i1 1) )iiiWNcosiiiWTsiniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsi

11、n1第18页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (2)(2)条分法条分法条分法分析步骤条分法分析步骤4.4.滑动面的总滑动力矩滑动面的总滑动力矩 iiiWRTRTRsin5.5.滑动面的总抗滑力矩滑动面的总抗滑力矩 )tancos(taniiiiiiiiiifilcWRlcRlRRT6.6.确定安全系数确定安全系数 iiiiiiisWlctgWTRRTFsincosabcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi条分法是一种试算法，应选取不同条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行计算，求圆心位置和不同半径进行计算，求最小

12、的安全系数最小的安全系数 第19页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (3)(3)毕肖普法毕肖普法 PiiNiTiHiRiOWPi+1Hi+1bidiPi=Pi-Pi+1iiNiTiHi=Hi-Hi+1W第20页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (3)(3)毕肖普法毕肖普法 a. 原理与特点n 假设滑裂面为圆弧n 不忽略条间作用力n 在每条的滑裂面上满足极限平衡条件n 每条上作用力在y方向（竖直）上静力平衡n 总体对圆心O力矩平衡DPDPi i 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

13、件不够：缺 Hi，共(n-1)个条件设Hi=0则条件够了简化Bishop法，忽略条间切向力）第21页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (3)(3)毕肖普法毕肖普法 求解条件n平衡条件：2n+1n未知数：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22页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (3)(3)毕肖普法毕肖普法 b.安全系数公式1()siniiiiisiiCbWtgmFWsincosiiiis

14、tgmF其中其中第23页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (3)(3)毕肖普法毕肖普法 c.毕肖甫法计算步骤毕肖甫法计算步骤圆心O，半径R设 Fs=1.0计算 m iYESFs最小END计算sFssFFNosssFFFYESNo第24页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 3.粘性土坡稳定性分析 (4)(4)泰勒图表法泰勒图表法 土坡的稳定性相关因素：土坡的稳定性相关因素：抗剪强度指标抗剪强度指标c c和和 、重、重度度 、土坡的尺寸坡角、土坡的尺寸坡角 和坡高和坡高H H泰勒（泰勒（Taylor,D.WTaylor,D.W，193719

15、37）用图表表达影响因素的相用图表表达影响因素的相互关系互关系 cHNcrs稳定数稳定数土坡的临界高度土坡的临界高度或极限高度或极限高度 根据不同的根据不同的 绘出绘出 与与N Ns s的关系曲线的关系曲线 HHFcrs泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：已知坡角已知坡角 及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定的坡高，求稳定的坡高H H已知坡高已知坡高H H及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定的坡角，求稳定的坡角 已知坡角已知坡角 、坡高、坡高H H及土的指标及土的指标c c、 、 ，求稳定安全系数，求稳定安全系数F F s s第25页

16、/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 4.边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 n有效应力法：使用有效应力强度指标 c、 n总应力法：使用总应力强度指标 cu 或 ccu、cu第26页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 5.土坡稳定分析的几个问题讨论 (1)(1)挖方边坡与天然边坡挖方边坡与天然边坡 天然地层的土质与构造比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡相比，性质上天然地层的土质与构造比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡相比，性质上所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，得到安所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，得到安全系数，比

17、较符合实测结果。但对于超固结裂隙粘土土坡，采用与上述相同全系数，比较符合实测结果。但对于超固结裂隙粘土土坡，采用与上述相同的分析方法，会得出不正确的结果的分析方法，会得出不正确的结果(2)(2)关于圆弧滑动条分法关于圆弧滑动条分法计算中引入的计算假定：计算中引入的计算假定： 滑动面为圆弧滑动面为圆弧 不考虑条间力作用不考虑条间力作用 安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义第27页/共30页基本概念与基本原理二、基本规律与基本原理 5.土坡稳定分析的几个问题讨论 (3)(3)土的抗剪强度指标值的选用土的抗剪强度指标值的选用 土的抗剪强

18、度指标值选用应合理：土的抗剪强度指标值选用应合理： 指标值过高，有发生滑坡的可能指标值过高，有发生滑坡的可能 指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济 实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质和排水条件等，合实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质和排水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。理的选用土的抗剪强度指标。 如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用有效应力法比较合理。重要如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用有效应力法比较合理。重要的工程应采用有效强度指标进行核算。对于控制土坡稳定的各个时期，应分的工程应采用有效强度指标