土力学第七章土坡稳定性培训

基础物理性质先导土中应力具体应用土压力土坡稳定地基承载力核心渗透特性变形特性强度特性复习总结第一节概述第二节无粘性土土坡的稳定分析第三节粘性土土坡的稳定分析第四节土坡稳定分析的几个问题第七章土坡稳定性分析土坡——具有倾斜面的土体坡肩坡顶坡面坡角坡趾坡高第一节概述1、天然土坡

一、土坡的分类江、河、湖、海岸坡山、岭、丘、岗、天然坡贵州洪家渡1、天然土坡

2．人工土坡¤挖方：沟、渠、坑、池露天矿2．人工土坡¤填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝二.滑坡什么是滑坡？

为什么会滑坡？一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动二.滑坡1．滑坡的危害

滑坡是重大自然灾害 我国是滑坡灾害频发的国家2.滑坡的形式二.滑坡3．造成滑坡的原因因降雨、蓄水、使岩岩土软化，坝背水坡浸润线存在渗透力1）振动：地震、爆爆破2）土中含水量和水水位变化3）水流冲刷：使坡坡脚变陡4）冻融：冻胀力及及融化含水量升高高5）人工开挖：基坑坑、船闸、坝肩、、隧洞出入口二.滑坡3．造成滑坡的原因因实质：外界力的作用破坏坏了土体内原始的的应力平衡状态；土的抗剪强度由于于受到外界各种因因素的影响而减低，促使使土坡失稳。云南徐村水电站溢溢洪道土坡滑坡江岸崩塌滑坡江西省江新洲洲头头北侧蹋岸城市中的滑坡问题题（香港，重庆））填方挖方香港1900年建市，1977年成立土力工程署署港岛1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20伤)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad如何分析、判断？？无粘性土坡-简单

粘性土坡-复杂评价方法：极限平衡理论（条条分法）步骤：先确定滑动面，再再计算滑坡的稳定性系数，最后判断滑动的的可能性。第二节无粘粘性土土坡的稳定定分析定义：粗粒土所堆堆筑的土坡称为无粘性土坡分如下两种情况考考虑：一、均质干坡二、有渗透水流的的均质土坡一、均质干坡当a=φ时，Fs=1，土体处于极限平衡衡状态，坡角a为自然休止角。结论：当a≤φ，土坡稳定砂堆WTNR安全系数与坡高无无关安全系数与土容重重无关与所选的微单元大大小无关。即坡内任一点或平平行于坡的任一滑滑裂面上安全系数Fs都相等思考题：在干坡及静水下土坡中，如不变，Fs有什么变化二、有渗透水流的的均质土坡WJNT稳定安全系数无粘性土土坡稳定定安全系数均质干坡顺坡渗流时Fs降低一半第三节粘性性土土坡稳定分析析强度参数：粘聚力C，内摩擦角破坏形式：危险滑裂面位置置在土坡深处，对于均匀土坡，在在平面应变条件下，其滑动面可用用一圆弧（圆柱面面）近似。OR第三节粘性性土土坡稳定分析析粘性土土坡的滑动动面——假定为圆弧面分析方法——圆弧滑动法（极限限平衡法）广泛使用的圆弧滑滑动法最初是由瑞瑞典工程师提出的的。一、整体圆弧法（（瑞典圆弧法，1915）ORd一、整体圆弧法（（瑞典圆弧法）1．假设条件：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W一、整整体圆圆弧法法（瑞典圆圆弧法法）刚体2.平衡条条件（（各力力对O的力矩矩平衡衡）3.讨论1.当0时，n是l(x,y)的函数数，无无法得得到Fs的理论论解.其中圆圆心O及半径径R是任意意假设设的，，还必必须计计算若若干组组（O,R）找到最最小安安全系系数。。————最可能能滑动动面3.适用于于饱和和粘土土二、条条分法法的基基本概概念(0)1.原理：：将滑动动土体体竖直直分成成若干干土条条，把把土条条当成成刚体体，分分别求求作用用于各各土条条上的的力对对圆心的滑动力力矩和抗滑力力矩，然后后求土土坡的的稳定定安全全系数数：2.受力分分析图图：WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi1)重力Wｉ（大小小、方方向、、作用用点已已知））2)条块侧侧面法法向力力Pi、Pi+1，其作用用点离离弧面面为hi、hi+13)条块侧侧面切切向力力Hi、Hi+14)土条底底部的的法向向力Nｉ、切向向力Tｉ，条块弧弧段长长为li3.土条i所受的的力包包括：：WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHin个土条条，n-1个分界面，，Pi、Hi、hi共3(n-1)个未知数；；Ni、Ti共n个独立未知知数；Fs一个未知数数。4.土条i平衡方程：：若把滑动土土体分成n个土条，则共共有独立未未知数4n-2个，可建方方程3n个，为超静静定问题。。必须通过过简化假定定，减少未未知量或者者建立补充充方程才能能求解。WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi5.求解方法：：（1）简单条分法法（又称瑞典典条分法，，费伦纽斯斯条分法、、）不考虑条间间力（2）毕肖普法考虑条块侧侧面力（3）简布普通条条分法假定条间力力的作用点点位置（即规定hi的大小）。。WihiPihi+1Pi+1Hi+1NiTiHi1.求解前提：：不考虑条块块间的作用用力；或假定条块块间的作用用力是作用用在一条直直线上的，，且大小相相等，方向向相反，即即作用力产产生的合力力、合力矩矩为零。2.求解方法：：三、简单条条分法（Fellenius条分法，1927）3.分条宽度为减少工作作量，划分分土条可按按下述方法法：取分条宽度度b=R/10；编号为0的土条中心线线与圆心的铅垂垂线重合，然后后向上下对对称编号，，即向下（（坡脚方向向）的土条条编号依次次为-1，-2，……，向上（坡坡顶方向））的土条编编号依次为为1，2，……，各土条sini为：分别等于0，0.1，0.2，…，可减少大大量三角函函数计算。。4.方法的特点点：(1)忽略条间力力的作用；；(2)满足滑动土土体整体力力矩平衡条条件；(3)不满足条块块的静力平平衡条件；；(4)满足极限限平衡条条件；(5)得到的安安全系数数偏低10%，误差偏偏于安全全；因此，为为目前工工程上常常用的方方法。四、最危危险滑裂裂面的确确定方法法B1OARH21.均匀粘性性土坡=0时：C1BAHO1E12O2FS1FG4.5HDHMO3'O1'O4'O2'FS4O3C3O4C4C22.均匀粘性性土坡>0时：五、毕肖肖普法（Bishop法，1955）考虑条块块间侧面面力1.求解方法法：竖向力平平衡Pi(Pi)不出现2、简化毕毕肖普公公式注2：公式左左右都有有Fs，需采用用试算法法或迭代代法计算算。(1)假设条块块间作用用力只有有法向力力，没有有切向力力；(2)满足滑动动土体整整体力矩矩平衡条条件；满足各条条块力的的多边形形闭合条条件，但但不满足足条块的力矩矩平衡条条件；(4)满足极限限平衡条条件；得到的安安全系数数比瑞典典条分法法略高一一点。误差在2%~7%3.简化Bishop方法的特特点六、普遍遍条分法法（Janbu法，简布布法，1954）适用于圆弧滑动动和非圆弧滑动分析析1.求解前提提：假定条块块间水平平作用力力的位置置。2.求解方法法：XihiHi+1Pi+1hi+1iHiPihiOiNiWiTiiHi=Hi+1-HiWiNiPi=Pi+1-PiTi=(cili+Nitgi)/FsiiXihiHi+1Pi+1hi+1iHiPihiOiNiWiTii令Hi=0代入求FS/求Pi求Pi，

Hi求Hi求FsFS/=FSFS—FS/<ΔENDYN简布法计计算流程程图3.特点(1)不一定都都是圆弧弧面，也也可以是是折线滑滑动面；；(2)基本可以以满足所所有静力力平衡条条件(3)是“严格格”的方方法之一一几种分析析计算方方法的总总结七、不平平衡推力力传递法法——规范方法法（一）基基本假定定1.折线滑动动面；2.假定条间间力的合合力与土条底面面平行，，减少n-1个未知量量。（二）求求解方法法根据各分分条力的的平衡条条件，逐逐条向下下推求，，直至最最后一个个土条的的推力为为零。（三）计计算公式式—《公路路基基设计规规范》JTGD30-2004第3.6.7条对任一土土条i，取垂直底面面方向与平行底面面方向力的的平衡，，有：同样根据据稳定安安全系数数的定义义和摩尔尔-库仑准则则：联合求解解上述两两式，得得如下计计算公式式：式中传递递系数：：计算方法法：1.假设Fs=1，然后从从坡顶第第1条开始逐逐条向下下推求Pi，直至求求出最后后一条的的推力Pn=0。否则要要重新假假定Fs，再进行行试算。。2.按照假定定的安全全系数，，反推各各土条和和最后一一条土条条承受的的推力大大小，以以便确定定是否需需要或设设计挡土土结构物物。注：因为分条条之间不不能承受受拉应力力，所以以任何土土条的推推力Pi如果出现现负值，，此Pi不再向下下传递，，而对下下一土条条取Pi-1为零。第四节土土坡稳定定分析的的几个问问题讨论论一、土的的抗剪强强度指标标选用选用原则则：结合土坡坡的实际际情况，，使试验验的模拟拟条件尽尽量符合合土在现现场的实实际受力力和排水水条件，，使试验验的指标标具有较较好的代代表性。。1.验算边坡坡施工结结束时的的情况，，若土坡坡施工速速度较快快，填土土的渗透透性较差差，则土土中的孔孔隙水压压力不易易消散，，这时宜宜采用三三轴UU试验指标，用用总应力法分分析。2.验算土坡长期期稳定性时，，应采用三轴轴CU试验指标，采采用有效应力力分析。3.对稳定渗流期不不管采用何种种分析方法，，实质上均属属于有效应力力分析的范畴畴，应采用有有效应力强度度指标或三轴轴固结排水剪剪切试验强度度指标。二、稳定安全全系数的确定定目前对于土坡坡稳定安全系系数的数值，，各部门尚无无统一标准，，考虑的角度度也不一样，，在选用时要要注意计算方方法、强度指指标、工程重重要性和安全全系数必须相相互配套，并并根据工程不不同情况，结结合当地已有有的经验加以以确定。摘自《公路路基设计计规范》三、坡顶开裂裂时的稳定计计算1、产生原因：由于土的收收缩及张拉应应力作用，粘粘性