动力工程地质：12 边坡岩体稳定性分析-专题十

1、专题十斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分析（3）本专题内容研究意义边坡的应力分布特征边坡的变形与破坏 边坡变形破坏的基本特征崩塌与滑坡边坡变形与破坏的平面问题边坡变形与破坏的空间问题边坡工程6.4 边坡变形与破坏的平面问题6.4.1 土坡稳定性分析6.4.2 边坡岩体稳定性分析的步骤6.4.3 岩质边坡稳定性分析 6.4.1 土坡稳定性分析一、 无粘性土的土坡稳定二、 粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法 三、 瑞典条分法 四、 毕肖普法五、 非圆弧滑动面土坡稳定分析六、 讨论 一 无粘性土的土坡稳定 1.一般情况下的无粘性土土坡稳定下滑力单元体下土体提供的支撑力单元体下土体提供的下滑力单元体对其下土

2、体的压力单元体下土体可提供的最大抗滑力 2.有渗流情况下的无粘性土土坡稳定下滑力单元体下土体提供的支撑力单元体下土体提供的抗滑力单元体对其下土体的压力单元体下土体可提供的最大抗滑力顺坡出流3. 粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法 （1）、整体圆弧滑动稳定分析稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力 之比。即对均质粘性土土坡，稳定安全系数也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩与滑动力矩之比。即对o点力矩平衡：稳定安全系数：对饱和粘土，在不排水条件下：稳定系数：粘性土坡，竖向裂缝，滑弧变短。最危险滑弧的寻找1、确定可能的圆心范围；2、对每个圆心，选择不同滑弧半径，计算各滑弧稳定系数；3、比较所有稳定系

3、数，选最小值。（2）、条分法及其受力分析 极限平衡分析的条分法：土体为不变形刚体，滑面为连续面。n-1n3i21biWiZiEiZi+1Ei+1XiXi+1 bi未知量分析：（3)、常用条分法的简化假设瑞典条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即Ei=Xi=0，减少3n-3个未知数。简化毕肖普条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条间力，即Xi=0，减少n-1个未知数。杨布条分法：假设滑动面为任意面，条间法向作用力的作用点在滑面以上1/3土条高度处，减少n-1个未知数。其他条分法：假设滑动面为任意面，法向条间力和切向条间力之间为某种函数关系，减少n-1个未知数。如不平衡推力法、摩根斯袒普赖

4、斯法等。三 瑞典条分法1、基本假定和基本公式基本假定：滑动面为连续的圆弧面，滑动体和滑动面以下土体为不变形的刚体，不考虑条间力。第i土条上的力和未知数： （1）、重力：Wi=ribihi； （2）、底面反力：Ni和Ti： hi底面法向静力平衡: hi底面切向静力平衡: 能提供的最大抗滑力: 稳定系数的定义: 所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡: 2、成层土和坡顶有超载时 成层土 坡顶有超载时 3、有地下水和稳定渗流时土坡部分浸水： 土条底面孔隙水应力已知时，可用有效应力法进行计算：1、流网法土坡中有稳定渗流：2、代替法土坡中有稳定渗流：代替法：用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆

5、心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩的方法。2、代替法土坡中有稳定渗流：条分法计算步骤圆心O，半径R分条编号列表计算 Wi bi i变化圆心O和半径RFs最小ENDAORCaibBn i 321四 毕肖普法 有效应力分析作用力有：土条自重；作用于土条底面的切向抗剪力、有效法向反力、孔隙水压力；在土条两侧分别作用有法向力和及切向力。 总应力分析毕肖普法计算步骤圆心O，半径R设 Fs=1.0计算 miEND计算YESNo分条并计算Wi、bi、i注意事项： (1) 对于为i负值的那些土条，要注意会不会使mi趋近于零。如果是这样，简化毕肖普条分法就不能使用，因为此时，Ni会趋于无限大，这显然是不合理的

6、。当任一土条的mi小于或等于0.2时，计算就会产生较大的误差，此时最好采用别的方法。(2)当坡顶土条的很大 i时，会使该土条出现Ni1 稳定 1 不稳定在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，为保险起见，引入安全系数的概念。块体极限平衡法步骤可能滑动岩体几何边界条件的分析受力条件分析确定计算参数计算稳定性系数确定安全系数，进行稳定性评价一、几何边界条件分析几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面三种。滑动面是指起滑动(即失稳岩体沿其滑动)作用的面，包括潜在破坏面。切割面是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平

7、面滑动的侧向切割面。临空面指临空的自由面，它的存在为滑动岩体提供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。几何边界条件分析的内容是查清岩体中的各类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割面。几何边界条件分析的目的是确定边坡中可能滑动岩体的位置、规模及形态，定性地判断边坡岩体的破坏类型及主滑方向。几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体比例投影等图解法或三角几何分析法进行。一、几何边界条件分析二、受力条件分析在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称为受力条件。边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压力、动水压力、建筑物作用力及震动力等等。1.地震作用水

8、平地震作用：FEK=1G2.水压力：包括渗透静水压力和渗透动水压力。静水压力水对岩体的静压力，数值上等于岩体受到的浮力。动水压力与水力梯度有关，数值上等于岩体受到的渗流阻力。三、确定计算参数从偏安全的角度起见，一般选用的计算参数，应接近于残余强度。研究表明：残余强度与峰值强度的比值，大多变化在0.60.9之间，因此，在没有获得残余强度的条件下，建议摩擦系数计算值在峰值摩擦系数的6090之间选取，内聚力计算值在峰值内聚力的1030之间选取。经验数据极限状态下的反算数据试验数据四、稳定性系数的计算和稳定性评价稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力五、确定安全系数，进行稳定性评价安全系数：根据各种因素

9、规定的允许的稳定性系数。大小是根据各种影响因素人为规定的，必须大于1。影响因素：岩体工程地质特征研究的详细程度；各种计算参数误差的大小；计算稳定性系数时，是否考虑了全部作用力；计算过程中各种中间结果的误差大小；工程的设计年限、重要性以及边坡破坏后的后果。安全系数一般=1.051.5 6.4 边坡岩体稳定性计算一、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

10、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，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