土坡穩(wěn)定性分析.ppt

1、第二章 土坡穩(wěn)定分析Stability analysis of soil slopes,1 概述,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,3 粘性土土坡的穩(wěn)定分析,4 總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法,5 工程實際中的邊坡穩(wěn)定問題,第二章 土坡穩(wěn)定分析,作業(yè)：7-1,7-3,1 為什么會發(fā)生邊坡失穩(wěn) 2 如何分析邊坡穩(wěn)定性 3 如何防治、治理,一. 土坡：具有傾斜面的土體,1天然土坡,1 概述,江、河、湖、海岸坡,一. 土坡：具有傾斜面的土體,1天然土坡,山、嶺、丘、崗、天然坡,1 概述,一、土坡：具有傾斜面的土體,2人工土坡, 挖方：溝、渠、坑、池,露天礦,1 概述,一、土坡：具有傾斜面的土體,2人工土坡, 填方：

2、堤、壩、路基、堆料,1 概述,堆石壩,1 概述,2人工土坡,堤防,1 概述,2人工土坡,二. 滑坡 Landslides,什么是滑坡？為什么會滑坡？,1 概述,一部分土體在外因作用下，相對于另一部分土體滑動,二. 滑坡-滑坡的形式,1 概述,二. 滑坡,2造成滑坡的原因,降雨、蓄水、使巖土軟化， 壩背水坡浸潤線,存在滲透力,1) 振動：地震、爆破,2) 土中含水量和水位變化,3) 水流沖刷：使坡腳變陡,4) 凍融：凍脹力及融化含水量升高,5) 人工開挖：基坑、船閘、壩肩、隧洞出入口,1 概述,地震引發(fā)的滑坡,暴雨與地震引發(fā)泥石流-菲律賓,2006年2月17日菲律賓中東部萊特省因連日暴雨和南部地

3、區(qū)里氏2.6級輕微地震，爆發(fā)泥石流致近3000人遇難,云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡開挖,江岸崩塌滑坡滲流,三峽庫區(qū)滑坡問題蓄水造成的滑坡,2001年，重慶市云陽縣發(fā)生兩次大型滑坡，其中武隆邊坡失穩(wěn)造成79人死亡。國務(wù)院撥款40億元用于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理,1989年1月8日 坡高103m。地質(zhì)：流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理，包括一個小型不連續(xù)面。事故導(dǎo)致電站廠房比計劃推遲一年，修復(fù)時安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。,漫灣滑坡,壩體內(nèi)浸潤線太高,西藏易貢巨型滑坡,西藏易貢巨型滑坡,時間：2000年4月9日 規(guī)模：坡高3330 m, 堆積體2500m、寬約 2500m，總方量=280-300106 m3 天然

4、壩：壩高=290 m, 庫容=1534 106 m3 地質(zhì)：風(fēng)化殘積土。 險情：湖水以每日0.5 m速度上升。,滑坡后緣高程5520m,城市中的滑坡問題（香港，重慶）,1 概述,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港島1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷),如何分析、判斷？無粘性土坡-相對簡單粘性土坡-復(fù)雜,安全系數(shù)的定義,土坡沿著某一滑裂面的安全系數(shù)F是這樣定義的，將土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c/F, tan/F, 則土體沿著此滑裂面處處達(dá)到極限平衡，即 =ce+e tane ce = c/F tane = tan/F,第二節(jié) 無粘性土土坡的穩(wěn)定

5、分析,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,破壞形式：表面淺層滑坡 強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角 考察一無限長坡，坡角為 分析一微單元A,一. 無滲流的無限長土坡,微單元A自重: W=V,沿坡滑動力：,對坡面壓力：,(由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消),抗滑力：,抗滑安全系數(shù)：,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,無滲流的無限長土坡討論,當(dāng)=時，F(xiàn)s=1.0，天然休止角,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,可見安全系數(shù)與土容重?zé)o關(guān),與所選的微單元大小無關(guān)。 即坡內(nèi)任一點或平行于坡的任一滑裂面 上安全系數(shù)Fs都相等,思考題 在干坡及靜水下坡中， 如不變，F(xiàn)s有什么變化,二. 有沿坡滲流情況,(3) 抗滑力：,(2) 滑動力：,2 無粘性

6、土土坡的穩(wěn)定分析,2沿坡滲流無限長砂土坡安全系數(shù),(4) 安全系數(shù)：,二. 有沿坡滲流情況,與無滲流比較Fs減小近一倍 注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時可能破壞,3. 討 論,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,與所選V大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點安全系數(shù)相同,與容重有關(guān),三. 部分浸水無粘性土坡,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,1部分浸水無粘性土坡與干坡，完全水下坡相比，安全性如何變化？,坡面的穩(wěn)定性相同 深層滑動的可能性大,水位,A,三. 部分浸水無粘性土坡,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,土體滑動，考慮兩個方向的力平衡 Fx= 0; Fy = 0 未知量有三個N1、 N2 、Fs 超靜定,水位,三.

7、 部分浸水無粘性土坡,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,將滑動土體分成兩塊，有四個平衡方程 Fxi= 0; Fyi = 0，i=1,2 未知量有五個 N1、 N2 、Fs 、P1， 需要引入假定 如,三. 部分浸水無粘性土坡,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,分析BCDE塊的平衡 P1= W1sin 1(W1cos1 tg)/Fs 代入EDA塊的平衡方程,滑動力與抗滑力 Fs =抗滑力/滑動力 需要迭代,1,四. 無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)對滑動面的影響,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,無粘性土的非線性強(qiáng)度指標(biāo)使滑動面發(fā)生在一定深度處，而非表面,五. 無粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié),破壞形式：表面淺層滑坡 分析方法：

8、考慮為無限長坡 國際滑坡會議網(wǎng)址,2 無粘性土土坡的穩(wěn)定分析,五. 無粘性土坡穩(wěn)定性分析小結(jié),破壞形式：表面淺層滑坡 分析方法：考慮為無限長坡 國際滑坡會議網(wǎng)址,3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角 破壞形式：危險滑裂面位置在土坡深處，對于均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動面可用一圓?。▓A柱面）近似。,3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,1 瑞典圓弧法 2 瑞典條分法 3 簡化Bishop條分法 4 普遍條分法(Janbu法),3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,思考題： 為什么粘性土坡通常不會發(fā)生表面滑動？,圓弧滑動法由瑞典工程師提出的。冰川沉積厚層軟粘土,3 粘性土坡-瑞典

9、圓弧法,二、整體圓弧法(瑞典圓弧法),二、整體圓弧法(瑞典圓弧法),(一) 分析計算方法 1假設(shè)條件：,W,3 粘性土坡-瑞典圓弧法,（一）分析計算方法 2. 平衡條件（各力對O的力矩平衡）,(1) 滑動力矩：,(3) 安全系數(shù)：,(2) 抗滑力矩：,W,二、整體圓弧法(瑞典圓弧法),3 粘性土坡-瑞典圓弧法,. 當(dāng)0時，n是l(x,y)的函數(shù)，無法得到Fs的理論解,. 其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，還必須計算若干組（O, R）找到最小安全系數(shù) 最可能滑動面,3. 適用于飽和粘土,二、整體圓弧法(瑞典圓弧法)-討論,3 粘性土坡-瑞典圓弧法,二、條分法的基本原理及分析,1原理,注:無法求理論

10、解，是 一個邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計算解決。一個簡化解決方法是將滑動土體分成條條分法。實際是一種離散化計算方法,整體圓弧法 ： n是l (x,y)的函數(shù),3 粘性土坡-條分法基本原理,2. 條分法中的求解條件,第i條土的作用力,3 粘性土坡-條分法基本原理,Wi是已知的 作用在土條體底部的力與作用點： Ni Ti ti 共3n個 作用在條間上的力及作用點： Pi Hi hi 共3(n-1)個 (兩端邊界是已知的) 假設(shè)總體安全系數(shù)為Fs (且每條Fs都相等) Fs 共1個 未知數(shù)合計=3n+3(n-1)+1=6n-2,n條土條的未知量數(shù)目,2. 條分法中的求解條件,3 粘性土坡-條分法基本原理,

11、各條： 水平向靜力平衡條件： x=0 共n個 垂直向靜力平衡條件： y=0 共n個 力矩平衡條件： M0=0 共n個 n個土條底面上滿足極限平衡條件：共n個 整體力矩平衡 1個,求解條件共4n1個,2. 條分法中的求解條件平衡方程,3 粘性土坡-條分法基本原理,由于未知數(shù)為6n-2個 求解條件為4n1個 二者相差(2n-3),因而出現(xiàn)了不同的假設(shè)條件，對應(yīng)不同計算方法 整體圓弧法：n=1, 6n-2=4個未知數(shù)，4個方程 簡單(瑞典)條分法：Pi=Hi=hi=0, ti=li/2 共2（n+1）個未知數(shù) 其他方法： 假設(shè)力作用點位置、條間力的假設(shè),2. 條分法中的求解條件討論,3 粘性土坡-條

12、分法基本原理,三. 簡單條分法（瑞典條分法）,1基本原理： 忽略了所有條間作用力，即： Pi=Hi=hi=03n-3 ti=li/2n 共計減去4n-3未知數(shù) 未知數(shù)為2n+1,3 粘性土坡-瑞典條分法,2. 安全系數(shù)計算,Ni方向靜力平衡(n個),求解方程(2n+1)個,滑動面上極限平衡(n個),總體對圓心O的力矩平衡 (1個),3 粘性土坡-瑞典條分法,滑動力矩=抗滑力矩,3. 簡單條分法計算步驟,圓心O，半徑R (如圖),分條：b=R/10,編號：過圓心垂線為0條中線,列表計算 li Wi i,變化圓心O和半徑R,Fs最小,END,4. 瑞典簡單條分法的討論,* 由于忽略條間力，有4n1

13、個平衡條件。實際用2n+1個， 有些平衡條件不能滿足,忽略了條間力，所計算安全系數(shù)Fs偏小，越大(條間力的抗滑作用越大),Fs越偏小,假設(shè)圓弧滑裂面，與實際滑裂面有差別,一般情況下，F(xiàn)s偏小10%左右工程應(yīng)用中偏于安全,3 粘性土坡-瑞典條分法,四、畢肖甫(Bishop)法,A,O,R,C,i,b,B,i,di,Ti,Ni,Wi,3 粘性土坡-畢肖甫條分法,1. 原理與特點,假設(shè)滑裂面為圓弧 不忽略條間作用力 在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件 每條上作用力在y方向（豎直）上靜力平衡 總體對圓心O力矩平衡,DPi 不出現(xiàn),注： 未考慮各條水平向作用力及各條力矩平衡條件，實際上條件不夠：缺 Hi，

14、共(n-1)個條件 設(shè)Hi=0則條件夠了簡化Bishop法，忽略條間切向力,3 粘性土坡-畢肖甫條分法,求解條件,平衡條件：2n+1 未知數(shù)：6n-2,1）由于法向力平衡 Pi(Pi) 不出現(xiàn) （n-1）,2）不計各條力矩平衡 ti 及 hi （2n-1）,3) 假設(shè) Hi=0（不計條間切向力） (n-1),3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,2安全系數(shù)公式,其中,3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,3 畢肖甫法計算步驟,圓心O，半徑R,設(shè) Fs=1.0,計算 mqi,YES,Fs最小,END,計算,No,YES,No,五. 普遍條分法 (簡布 Janbu法),3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,五. 普遍條分法(簡布 Janb

15、u法),3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,P1 = P1 P2 = P1 + P2 = P1 + P2 Pi =Pi (i=1,j) Pn =Pi = 0 (i=1,n),2安全系數(shù)公式,計算比較繁雜,3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,五. 普遍條分法(簡布 Janbu法),3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,對O點的力矩平衡求Hi 和Pi的關(guān)系,五. 普遍條分法(簡布 Janbu法),1特點,(1) 任意形式滑裂面，不一定圓弧,(2) 滿足各條X、Z靜力平衡 滿足各條力矩平衡 滿足整體力矩平衡,3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,五. 普遍條分法(簡布 Janbu法),六. 幾種分析計算方法的總結(jié),3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,條分法小節(jié),

16、簡布條分法,3 粘性土坡的穩(wěn)定分析,4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法,土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的恰當(dāng)選取是影響土坡穩(wěn)定分析成果可靠性的主要因素。原則: (1)盡可能采用有效應(yīng)力方法；(2) 試驗條件盡量符合土體的實際受力和排水條件。,4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法,有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) c、 總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) cu 或 ccu、cu,一. 兩種分析法,有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) c、 總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) cu 或 ccu、cu,4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法,二. 穩(wěn)定滲流期土壩抗滑安全系數(shù),1以土體（顆粒+孔隙水）整體取為隔離體 2以瑞典簡單條分法為例不計條間力 3計算對圓心取矩,4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法,A,O,R,C,i,b,B,Wi 自重計算,h1 天然容重 bh1,h2 飽和容重 bh2sat,h3 浮容重 bh2,條底孔壓 lhtw,4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法,二. 穩(wěn)定滲流期土壩抗滑安全系數(shù),三. 土壩施工期邊坡穩(wěn)定分析,對于均質(zhì)粘性土壩 1總應(yīng)力法：用不排水強(qiáng)度指標(biāo)Cu，u 2有效應(yīng)力法 （1）確定土壩中超靜孔隙水壓力（由于其中大小主應(yīng)力 大致成比例）,4 邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法與有