[PPT]岩体工程(包括岩石地基、岩石地下、岩石边坡等)课程讲稿_ppt

1、3、 边坡稳定分析与评价边坡稳定性分析与评价的目的：一是对与工程有关的天然边坡稳定性作出定性和定量评价；二是要为合理地设计人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。 1 、边坡稳定性分析方法简介1）定性分析方法定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。（1） 地质分析法（历史成因分析法）（2） 工程地质类比法（3）图解法(赤平极射投影、实体比例投影、摩擦圆法等)（4）边坡稳定专家系统2） 定量评价方法在定性分析的基础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。（1） 极限平衡法（2） 极限分析方法(有限元（），边界元（），离散元（）)

2、（3）可靠度分析方法（蒙特卡罗法和随机有限元法等）（4）其他：模糊数学分析法、灰色理论分析法及神经网络分析法等（处于研究阶段）、极限平衡法 极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理（即静力平衡原理）分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。 极限平衡法是边坡稳定性分析计算的主要方法，也是工程实践中应用最多的一种方法。目前工程中用到的极限平衡稳定性分析方法：1、Fellenius法（.Fellenius，1963）2、Bishop法（.Bishop，1955）3、Tayor法（Tayo，1937）4、Janbu法（N.Janbu，1

3、954，1973）5、Morgestern-Price法（Morgestern-Price，1965）6、Spencer法（Spencer，）7、Sarma法（Sarma，1979）8、楔形体法、9、平面破坏计算法、10、传递系数法11、Bake-Garber临界滑面法（Bake-Garber，1978）等极限平衡法的选择依据： 主要是根据边坡破坏滑动面的形态来选择 例如： 平面破坏滑动的边坡：平面破坏计算法； 圆弧形破坏的滑坡：Fellenius法或Bishop法； 复合破坏滑动面的滑坡：Janbu法、Morgestern-Price法、Spencer法；折线形破坏滑动面的滑坡：传递系数法、

4、Janbu法等；楔形四面体岩石滑坡：楔形体法；受岩体控制而产生的结构复杂的岩体滑坡：Sarrna法等；三维极限平衡分析：Hovland法和Lshchinsky法等。极限平衡法的三个前提条件：（）滑动面上实际岩土提供的抗剪强度与作用在滑面上的垂直应力满足莫尔库仑准则；（）稳定系数F(安全系数)定义为沿最危险破坏面作用的最大抗滑力（或力矩）与下滑力（或力矩）的比值即：=抗滑力下滑力（3）二维（平面）极限分析的基本单元是单位宽度的分块滑体。注:边坡稳定安全系数规定极限平衡稳定性分析方法基本分析计算步骤：（）在断面上绘制滑面形状：根据滑坡外形，及滑坡中段滑面深度、坍塌情况。破坏方式（平面、圆弧、复合滑

5、动等），推测几个可能的滑动面形状；（）推定滑坡后裂缝及塌陷带的深度，计算或确定其产生的影响。（）对滑坡的滑体进行分块：分块的数目要根据滑坡的具体情况确定。一般来说应尽量使分块小些。条块数目 越多，结果误差越小。此外，条块垂直或不垂直条分要根据计算方法和岩体结构确定。（）计算滑动面上的空隙水压力，可采用地下水监测等方法确定。（）采用合适的计算方法，计算稳定系数。原则上应采取两种或两种以上的计算方法进行结果比较。二、条分法的基本概念1. 原理：条分法是将滑动土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后按下式求土坡的稳定安全系数：2. 受力分析图：1

6、)重力W2)条块侧面法向力Pi、Pi+1，其作用点离弧面为hi、hi+13)条块侧面切向力Hi、Hi+14)土条底部的法向力N、切向力T， 条块弧段长为li3. 土条i所受的力包括：n个土条，n-1个分界面，Pi 、Hi、hi共3(n-1)个未知数；Ni 、Ti共2n个未知数；Fs一个未知数。4. 土条i平衡方程：若把滑动土体分成n个条块，则共有未知数5n-2个，可建方程4n个，为超静定问题。5. 求解方法：（1）假定条间力的大小与方向的 毕肖普法和瑞典条分法；（2）假定条间力的作用方向的不平衡推力传递法；（3）假定条间力的作用点位置的简布法。瑞典圆弧法 瑞典圆弧法又简称为瑞典法或费伦纽斯法，

7、它是极限平衡方法中最早而又最简单的方法，其基本假定如下： (1)假定土坡稳定属平面应变问题，即可取其某一横剖面为代表进行分析计算。 (2)假定滑裂面为圆柱面，即在横剖面上滑裂面为圆弧；弧面上的滑动土体视为刚体，即计算中不考虑滑动土体内部的相互作用力(Ei，Xi不考虑)。 (3)定义安全系数为滑裂面上所能提供的抗滑力矩之和与外荷载及滑动土体在滑裂面上所产生的滑动力矩和之比；所有力矩都以圆心O为矩心。 (4)采用条分法进行计算。 dOCAWTf整体圆弧滑动受力示意图2.求解方法：3.方法的特点：(1)忽略条间力的作用(2)满足滑动土体整体力矩平衡条件(3)不满足条块的静力平衡条件(4)满足极限平衡

8、条件(5)得到的安全系数偏低，误差偏于安全四、毕肖普法（Bishop法） 考虑条块侧面力1.求解方法：2、简化比肖普公式(1) 假设条块间作用力只有法向力没有切向力；(2) 满足滑动土体整体力矩平衡条件； 满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条 块的力矩平衡条件；(4) 满足极限平衡条件；得到的安全系数比瑞典条分法略高一点；适用于任意形状的滑裂面3.简化Bishop方法的特点五、普遍条分法（Janbu法）1. 求解前提： 假定条块间水平作用力的位置。2.求解方法：XihiHi+1Pi+1hi+1iHiPihiOiNiWiTiiHi=Hi+1-HiWiNiPi=Pi+1-PiTi=(cili+

9、Nitgi)/Fsii令Hi =0代入求FS/求Pi求Pi， Hi求Hi求FsFS/=FSFSFS/0时：一、单平面滑动1、仅有重力作用时滑动面上的抗滑力Fs=Gcostgj+CjL 滑动力FrGsin稳定性系数滑动体极限高度Hcr为当Cj=0，j时，1，Hcr=0忽略滑动面上内聚力(Cj=0)时2、有水压力作用作用于CD上的静水压力V作用于AD上的静水压力U为边坡稳定性系数为3、有水压力作用与地震作用边坡的稳定性系数FEK=1G水平地震作用二、同向双平面滑动第一种情况为滑动体内不存在结构面，视滑动体为刚体，采用力平衡图解法计算稳定性系数第二种情况为滑动体内存在结构面并将滑动体切割成若干块体的

10、情况，这时需分块计算边坡的稳定性系数1.滑动体为刚体的情况ABCD为可能滑动体，根据滑动面产状分为、两个块体。F为块体对块体的作用力，F为块体对块体的作用力，F和F大小相等，方向相反，其作用方向的倾角为。滑动面AB以下岩体对块体的反力R1(摩阻力) 与AB面法线的夹角为1。2.滑动体内存在结构面的情况在滑动过程中，滑动体除沿滑动面滑动外，被结构面分割开的块体之间还要产生相互错动。采用分块极限平衡法和不平衡推力传递法进行稳定性计算。AB面BC面BD面块体块体块体块体块体三、多平面滑动边坡岩体的多平面滑动， 分为一般多平面滑动和 阶梯状滑动两个亚类。阶梯状滑动：破坏面由多个实际滑动面和受拉面组成，

11、呈阶梯状，坡稳定性的计算思路与单平面滑动相同，即将滑动体的自重 (仅考虑重力作用时)分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。楔形体滑动的滑动面由两个倾向相反、且其交线倾向与坡面倾向相同、倾角小于边坡角的软弱结构面组成。四、楔形体滑动首先将滑体自重G分解为垂直交线BD的分量N和平行交线的分量(即滑动力Gsin)，然后将N投影到两个滑动面的法线方向，求得作用于滑动面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及稳定性系数。可能滑动体的滑动力为Gsin，垂直交线的分量为NGcos。将Gcos投影到ABD和BCD面的法线方向上，得法向力N1、N2稳定性系数计算的基本思路边坡的稳定性系数边坡的抗滑力 注1：由

12、式(8-20)求得的K值为上限值。注2：如果计算K值为负，则表示不可能失稳。注3：此分析适合于主滑面较长、辅助面较短的 情况。如果辅助面较平坦、较长、则计算K值偏大。Sarma法基本原理：边坡破坏的滑体除非是沿一个理想的平面或弧面滑动，才可能作一个完整的刚体运动，否则，滑体必须先破裂成多个可相对滑动的块体，才可能发生滑动.也就是说在滑体内部要发生剪切情况下才可能滑动。破坏形式： (1)分析作用在第i条块上的作用力。作用在第i个条块上的作用力，如下图所示。Sarma建议了一个体积力KcWi(假想的水平体积力如水平地震惯性力, 以此来实现边坡的极限状态，w为滑坡体的自重。Sarma (1973)首

13、先提出这一思路) 假定在其作用下，滑坡体处于极限平衡状态，其中Kc是临界加速度系数(2)根据条块垂直和水平方向力的平衡，可以得到:式中：E、 X分别为作用于条块的法向力和切向力; 为条块左侧界面的倾角。根据Mohr-Coulomb破坏准则，在底面和左、右界面有式中: 和cj为界面上的平均摩擦角和凝聚力;d为界面的长度;b为条块底面的宽度;PW为界面上的孔隙水压力。消掉Ti、Xi、Xi+1和Ni，可以得到：上式是个循环式，可以得到进一步得到：(3)计算Kc ：如没有外荷载作用，则En+ 1=E1=0,可以得到: （7-28）稳定系数计算计算稳定系数时；首先假设稳定系数，用（7-28）式求解，此时为C，即极限水平加速度。（7-28）式的物理意义是，使滑体达到极限平衡时的平衡状态，必须在滑体上施加一个临界水平加速度C。C为正时，方向向坡外；C为负时，方向向坡内。但计算中一般假定有一个水平加速度为C的水平外力作用，求其稳定系数F。此时要采用改变值的方法：即初定