岩质边坡稳定性分析原理与方法PPT数值分析

1、E-mail: 徐文杰清华大学 水利系第12章 岩质边坡稳定性分析原理与方法 数值分析法1.极限平衡法1989漫湾滑坡2000年3月九江大堤边坡失稳2008.5.12唐家山滑坡2000.4.9 西藏易贡滑坡1.极限平衡法极限平衡法基本思路：假定岩土体破坏时是由于滑体沿滑动面发生滑动而造成的，通常根据作用于滑动面上滑动块体的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比，求该块体的稳定系数。分析岩体和土体稳定时假定一破坏面,取破坏面内土体,为脱离体计算出作用于脱离体上的力系达到静力平衡时的下滑力（T）,与破坏面实际所能提供的岩土的抗力相比较（S）,以求得稳定性安全系数（Fos）,或根据所给定的安全系数求允许

2、作用外荷载的方法.极限平衡法是岩土体稳定重要分析方法之一，也是各行业规范所指定方法。1.极限平衡法红粘土边坡失稳堆积体边坡失稳-圆弧形滑坡ACB1.极限平衡法-单一结构面斜坡 hHW只考虑重力作用下：L1.极限平衡法-单一结构面斜坡 ACBW考虑地下水静水压力作用下：hwPC1.极限平衡法-单一结构面斜坡 ACBW考虑地震力作用：Pd1.极限平衡法-两组结构面构成滑体的斜坡W1ABCDL1L2CBDBDAW1T12W2W2T21c1, 1c2, 21.极限平衡法-两组结构面构成滑体的斜坡CBDBDCW1T12W2T211.极限平衡法-Sarma法Sarma1.极限平衡法-Sarma法Sarma

3、法特点：可根据滑体的地质特性、结构面构造，对滑体进行按节理构造的斜分条及不等距分条，使各条块尽量模拟实际风化岩体；可较详尽地模拟侧面节理、断层造成的滑体强度特征；滑体滑动时，不仅滑动面上的各种力达到了极限平衡，侧面也达到了极限平衡。1.极限平衡法-Sarma法diZWi(XWi, YWi)(XTi, YTi)(XTi+1, YTi+1)(XWi+1, YWi+1)ii+1ZWi+1di+1(XBi, YBi)(XBi+1, YBi+1)biiyx1.极限平衡法-Sarma法Ei+1EiTiNiUiPWi+1PWiXiWiKcWixyWi:第i条块重量；PWi、 PWi+1:作用在第i条块第i侧

4、面和第i+1侧面的水压力；Ui:第i条块底面的水压力；Xi、 Xi+1:作用在第i条块第i侧面和第i+1侧面的剪切力；Ni:第i条块底面的正压力；Ti:第i条块底面的剪切力；Ei、 Ei+1:作用在第i条块第i侧面和第i+1侧面的正压力；KcWi: 假定滑块承受水平力使滑体处于临界状态，Kc为临界加速度系数。Xi+11.极限平衡法-Sarma法垂直方向力的平衡（1）水平方向力的平衡（2）1.极限平衡法-Sarma法据摩尔-库伦破坏准则（3a）（3b）（3c）1.极限平衡法-Sarma法假定两侧面力E,X处于极限平衡状态（4a）（4b）1.极限平衡法-Sarma法将(3a)、（3b）、（3c）、

5、（4a）、（4b）代入（1）、（2）式中：Cbi、bi为第i条块底面抗剪切强度指标； Csi、si 、Csi+1、si+1第i条块第i侧面、第i+1侧面抗剪切强度指标；1.极限平衡法-Sarma法当i=1时，E2=a1 - p1K当i=2时，E3=a2 p2K + E2e2边界条件：En+1=0临界加速度系数Kc可写成：计算Kc：1.极限平衡法-Sarma法崔政权,李宁.边坡工程-理论与实践最新发展M.北京:中国水利水电出版社,1999.计算稳定系数Fos：通过迭代求得使得Kc等于0时的Fos，就是边坡在不考虑地震力作用时的稳定性系数。1.极限平衡法-楔体稳定分析方法1.极限平衡法-楔体稳定分

6、析方法Hoek楔体稳定分析方法E. Hoek, J. W. Bray. Rock Slope Engineering. 1983.C.W. Ducan. Rock Slope Engineering Civil and Mining. 2003. 1.极限平衡法-楔体稳定分析方法1.极限平衡法-楔体稳定分析方法2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用极限平衡法不足：可以得到边坡内部应力、应变特征及变形破坏机理；基于数值计算的强度折减法可以得到边坡的安全系数，但其工程实用性有待于进一步研究。滑面确定有很大的人为性和随机性；无法考虑边坡内部的应力场问题，而且无法对边坡的变形破坏模式作出判定。数值分析

7、法优点：可以研究多种复杂工况下的边坡稳定性问题及破坏机制；2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用3.水利工程边坡级别划分及稳定性要求边坡级别确定考虑因素对建筑物安全和正常运用的影响程度对人身和财产安全的影响程度边坡失事后的损失大小边坡规模大小边坡所处位置临时边坡还是永久边坡社会和环境因素4.水利工程边坡级别划分及稳定性要求边坡的级别与水工建筑物级别的对照关系水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边坡级别划分及稳定性要求1）临水边坡：水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种

8、水位及其经常性降落；除校核洪水以外各种情况下的水库下游水位及其经常性降落；水道边坡的正常高水位与最低水位之间的各种水位及其经常性降落。水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边坡级别划分及稳定性要求2）不临水边坡：工程投入运用后经常发生或持续时间长的情况。水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边坡级别划分及稳定性要求施工期临水边坡的水位非常降落校核洪水位及其水位降落由于降雨泄水雨雾和其他原因引起的边坡体饱和及相应的地下水位变化正常运用条件下边坡体排水失效水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边坡级别划分及稳定性要求非常运用条件应为正常运用条件下遭遇地震作业部位倾向（）倾角（）粘聚力（kPa)内摩擦角（）结构面J11154523.920结构面J22357047.830后缘拉裂缝16570长度：12.19m坡面18565坡顶面19512采用结构分析法及Hoek法计算分析楔形体边坡稳定性：注：1.程序实现：相关计算通过Python程序实现,并绘制三维边坡模型。2.计算工况：分别考虑后缘拉裂隙充水