土力学课件：第八章土坡稳定

1、第八章 土坡稳定分析Stability analysis of soil slopes1 概述2 表层滑动的稳定分析3 深层滑动的稳定分析4 水对土坡稳定的影响第八章 土坡稳定性分析主要内容8.1 概述一、土坡：具有倾斜面的土体 坡面坡顶坡底坡高H坡肩坡角坡脚8.1 概述1天然土坡 江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有倾斜面的土体贵州洪家渡 山、岭、丘、岗、天然坡1天然土坡一. 土坡8.1 概述2人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池露天矿一. 土坡8.1 概述2人工土坡 填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝一. 土坡8.1 概述二. 滑坡-滑坡的主要形式8.1 概述岩体崩塌过程示意图下面是几个岩土体滑坡

2、过程的模拟图：8.1 概述滑坡过程示意图8.1 概述泥石流发展示意图8.1 概述二. 滑坡一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动8.1 概述2造成滑坡的原因二. 滑坡(1)滑动力增大： 在坡顶堆载、修建建筑物和车辆行驶；雨水或地表水渗人使土的重度增加；坡顶竖向裂缝中的水压力、渗透力和地震力对土坡的作用等。(2)抗滑力减小： 土的抗剪强度因含水量增加而下降；孔隙水压力增大使有效应力和摩擦力减小；坡脚处土体被冲刷或移走等。应如何分析、判断边坡的稳定性？假定一滑动面计算滑坡体的滑动力和抗滑力土坡稳定安全系数搜索最小安全系数的滑动面确定滑动面形状8.1 概述3滑动面的形状主要取决于土的性质和工

3、程地质构造：1. 粗粒土坡的滑坡深度浅、形状接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡体内，均质粘性土坡 滑动面的形状按塑性理论分析为对数螺旋曲 面，在计算中通常以圆弧面代替。8.2 表层滑动的稳定性分析土坡对象：无粘性土破坏形式：表面浅层滑坡强度参数：内摩擦角考察一无限长坡，坡角为分析一微单元A砂性土的土坡稳定分析1）微单元A自重: W=V2)沿坡滑动力：3)对坡面压力： (由于无限土坡两侧作用力抵消) 4）抗滑力： 5)抗滑安全系数： RNWANWTaWRN一. 无渗流的无限长土坡当 K1时 稳定 即 K1时 失稳 即 K=1 时 临界状态 即= 8.2 砂性土的土坡稳定分析无渗流的无限长土坡

4、讨论当=时，K=1.0，天然休止角可见安全系数与土容重、坡高无关与所选的微单元大小无关。 即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数K都相等思考题：干坡与静水下，若坡中不变，K有什么变化 8.2 砂性土的土坡稳定分析(3) 抗滑力： (2) 滑动力：有渗流砂土边坡安全系数(4) 抗滑安全系数： 渗透力平行坡面NWTAaWRNlhJRNWJ(1)取微单元A的土骨架为隔离体，作用力二.有沿坡渗流情况自重：渗透力：即地下水沿坡面流动地下水流动方向 8.2 砂性土的土坡稳定分析注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可 能破坏讨 论 与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点安全 系数相同 与容重有关aWTN

5、Alh二.有沿坡渗流情况与无渗流比较K减小近一倍 8.2 砂性土的土坡稳定分析本节小结边坡对象：无粘性土土坡破坏形式：表面浅层滑坡分析方法：考虑为无限长坡安全系数：土层性质：粘性土、土质均匀强度参数：粘聚力C，内摩擦角破坏形式：实际滑坡表明，对于粘性、均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面与圆弧（圆柱面）近似。OR 8.3 粘性土土坡稳定分析 深层滑动的稳定性分析一、概述条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分在水下情况均适用。彼得森(K.E.Petterson)于1916首先提出，采用圆弧滑动面分析土坡稳定性。此后费伦纽斯(W.Fellenius,1927)和泰勒(D.W.Taylor,19

6、48)又做了一些改进。总体说有两种分析方法：（1）整体圆弧滑动法（2）条分法主要适用于均质简单土坡。所谓简单土坡是指土坡的坡度不变，顶面和地面水平，且土质均匀，无地下水。 8.3 粘性土土坡稳定分析1、分析计算方法 均质土 二维 圆弧滑动面 滑动土体呈刚性转动 在滑动面上处于极限平衡状态1）假设条件：图 土体的整体稳定分析二、圆弧滑动面的整体稳定分析 8.3 粘性土土坡稳定分析2）平衡条件（各力对O的力矩平衡）(1) 滑动力矩：(3) 安全系数：当=0（粘土不排水强度）时， (2) 抗滑力矩：fWROBaAC为AC弧长二、圆弧滑动面的整体稳定分析 8.3 粘性土土坡稳定分析讨论:(1)当0时，

7、n是L(x,y)的函数，无法 得到K的理论解(2)其中圆心O及半径R是任意假设的， 还必须计算若干组（O, R）找到最小 安全系数 最可能滑动面(3)适用于饱和粘土 8.3 粘性土土坡稳定分析1原理一个简化解决方法是将滑动土体分成条条分法。整体圆弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函数，若n不为零ORbCA-2-101234567则，无法求理论解，是 一个边值问题，应通过数值计算解决。实际是一种离散化计算方法。三、条分法的基本原理 8.3 粘性土土坡稳定分析Wi大小和方向已知；滑动面上的Ni 、 Ti(含cili和Nitgi)大小未知；土条两侧，Ei 、 Fi 、 hi由前一个土条计算得出,E

8、i1、 Fi1 、hi1未知；可见，作用在土条上的作用力有5个未知数，可以建立3个平衡方程，故为静不定问题。（1）未知量数目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2条分法中的力和求解条件 8.3 粘性土土坡稳定分析简化计算方法：1.不考虑土条间的作用力，或只考虑其中的一个；2.假设条间力的作用方向或规定Ei和Fi的比值；3.假定条块间力的作用位置，hi已知。(2) 力平衡条件（求解条件） 8.3 粘性土土坡稳定分析1基本假设：费伦纽斯假设土条两侧的合力相等，作用线重合，即土条两侧的作用力相互抵消。此时土条上的作用力仅有自重和滑动面上的两个分力。2计算方法：计算土条自重将土条自重分解

9、四. 简单条分法（瑞典条分法） 8.3 粘性土土坡稳定分析滑动面上土的抗剪强度为：计算滑动力矩和稳定力矩: 计算土坡的稳定安全系数 对于均质土坡 四. 简单条分法（瑞典条分法） 8.3 粘性土土坡稳定分析 忽略了条间力，所计算安全系数K值偏小； 假设圆弧滑裂面，使K值偏大；总体结果是K值偏小。 越大(条间的抗滑作用力越大)，K值越偏小。 假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别。一般情况下，K偏小10%左右工程应用中偏于安全 由于忽略了条块间的作用力，只满足力矩平衡，不满足静力平衡。瑞典简单条分法的讨论 8.3 粘性土土坡稳定分析 毕肖普（A.W.Bishop）1955年提出的一种简化计算方法 。该

10、方法可以考虑条块间的作用力，但不考虑土条间的竖向切向力，且规定了滑动面上切向力的大小。五、毕肖普（Bishop）法为了改进条分法的精度，许多人都认为应该考虑土条间的作用力超静定问题。 8.3 粘性土土坡稳定分析 8.3粘性土土坡稳定分析最危险滑弧位置的确定： 以上是对一个假设滑弧求得的稳定安全系数，为找到最危险的滑弧，应假设一系列滑弧通过试算求得最小安全系数1.费伦纽斯的确定方法 8.3 粘性土土坡稳定分析土坡坡度（竖直:水平）坡角1:0.586029401:14528371:1.5334126351:2263425351:3182625351:4140225371:5111925371及2的

11、取值 8.3 粘性土土坡稳定分析1980年，美国肯塔基州立大学 陈惠发根据大量计算经验指出，最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚各为0.1n*H处，且最危险滑弧中心位于fd线的垂直平分线上。亦可通过试算法确定。2.陈惠发的经验法 8.3 粘性土土坡稳定分析一、土的抗剪强度指标及安全系数的选用8. 4 水对边坡稳定的影响从本质上讲，水的浸入将使土的抗剪强度指标降低、有效应力减小，土体抗滑动能力减小，导致边坡失稳。 土体的抗剪强度参数的恰当选取是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要因素。原则: (1)尽可能采用有效应力方法；(2) 试验条件尽量符合土体的实际受力和排水条件。浸润线以下部分应考虑水的浮力作用，采用浮重度，动水可按下式计算:二、有水渗流时的土坡稳定计算A浸润线以下部分面积，即动