邊坡穩(wěn)定性分析PPT課件

1、學(xué)習(xí)本章的目的意義1.掌握各種誘發(fā)土體滑坡的因素掌握各種誘發(fā)土體滑坡的因素;2.進(jìn)行土體邊坡的穩(wěn)定性分析和安全性評(píng)價(jià)；進(jìn)行土體邊坡的穩(wěn)定性分析和安全性評(píng)價(jià)；3.設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理的人工邊坡設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理的人工邊坡;4.制定有效的邊坡整治措施。制定有效的邊坡整治措施。第1頁(yè)/共68頁(yè)1 概述2 表層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析3 深層滑動(dòng)的穩(wěn)定分析4 水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響第八章 邊坡穩(wěn)定性分析第2頁(yè)/共68頁(yè)1 1 概述 江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有傾斜面的土體第3頁(yè)/共68頁(yè)貴州洪家渡 山、嶺、丘、崗、天然坡一. . 土坡第4頁(yè)/共68頁(yè) 挖方：溝、渠、坑、池一. 土坡第5頁(yè)/共68頁(yè)一、土坡 填方：堤、壩、

2、路基、堆料小浪底土石壩第6頁(yè)/共68頁(yè)二. 滑坡什么是滑坡？為什么會(huì)滑坡？第7頁(yè)/共68頁(yè)二. 滑坡 1滑坡的危害： 土、巖體滑坡是重大的自然災(zāi)害 我國(guó)是滑坡災(zāi)害滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家第8頁(yè)/共68頁(yè)二. 滑坡-滑坡的主要形式第9頁(yè)/共68頁(yè)紫坪鋪水庫(kù)2號(hào)泄洪洞出口滑坡第10頁(yè)/共68頁(yè)云南徐村水電站溢洪道土坡滑坡 第11頁(yè)/共68頁(yè)江岸崩塌滑坡第12頁(yè)/共68頁(yè)江西省江新洲洲頭北側(cè)蹋岸第13頁(yè)/共68頁(yè)三峽庫(kù)區(qū)滑坡問題蓄水20012001年，重慶市云陽(yáng)縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆年，重慶市云陽(yáng)縣就發(fā)生了兩次大型滑坡，重慶市武隆邊坡失穩(wěn)造成邊坡失穩(wěn)造成7979人死亡。國(guó)務(wù)院已經(jīng)決定撥款人死亡

3、。國(guó)務(wù)院已經(jīng)決定撥款4040億元，用于億元，用于三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理。僅重慶就有三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理。僅重慶就有150150多個(gè)治理工程。多個(gè)治理工程。第14頁(yè)/共68頁(yè)19891989年年1 1月月8 8日日 坡高坡高103m 103m 地質(zhì)地質(zhì): :流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理和一個(gè)小型不連續(xù)面。流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理和一個(gè)小型不連續(xù)面。 事故事故: :電站廠房比計(jì)劃推遲一年，修復(fù)時(shí)安裝了大量預(yù)應(yīng)力電站廠房比計(jì)劃推遲一年，修復(fù)時(shí)安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。錨索。漫灣滑坡漫灣滑坡第15頁(yè)/共68頁(yè)城市中的滑坡問題（香港，重慶）填方挖方第16頁(yè)/共68頁(yè)第17頁(yè)/共68頁(yè)第18頁(yè)/共68頁(yè)貴陽(yáng)沙沖

4、路滑坡貴陽(yáng)沙沖路滑坡-平面滑動(dòng)平面滑動(dòng)第19頁(yè)/共68頁(yè) 龍羊峽庫(kù)岸滑坡龍羊峽庫(kù)岸滑坡-平面平面+圓弧滑動(dòng)圓弧滑動(dòng)第20頁(yè)/共68頁(yè)鹽池河邊坡破壞-崩塌第21頁(yè)/共68頁(yè)20032003年年7 7月月1313日日 三峽庫(kù)區(qū)三峽庫(kù)區(qū)沙鎮(zhèn)溪沙鎮(zhèn)溪發(fā)生發(fā)生千將坪千將坪滑坡滑坡，致使，致使2424人失蹤。人失蹤。第22頁(yè)/共68頁(yè)雪山崩塌第23頁(yè)/共68頁(yè)滑坡各因素滑坡各因素- -實(shí)際圖實(shí)際圖第24頁(yè)/共68頁(yè) 泥石泥石( (洪洪) )流流總是與暴雨或山洪相聯(lián)系，是在有足夠外部水流總是與暴雨或山洪相聯(lián)系，是在有足夠外部水流( (或降雨或降雨) )參與下參與下形成的一種高密度形成的一種高密度“流體流體”

5、。 泥石(洪)流第25頁(yè)/共68頁(yè)坡面泥石流坡面泥石流第26頁(yè)/共68頁(yè)巖體崩塌過程巖體崩塌過程示意圖示意圖下面是幾個(gè)巖土體滑坡過程的模擬圖：下面是幾個(gè)巖土體滑坡過程的模擬圖：第27頁(yè)/共68頁(yè)滑坡過程示意圖滑坡過程示意圖第28頁(yè)/共68頁(yè)泥石流發(fā)展示意圖第29頁(yè)/共68頁(yè)二. 滑坡2 2造成滑坡的原因造成滑坡的原因降雨、蓄水、使巖土軟化，壩背水坡浸潤(rùn)線存在滲透力1）振動(dòng)：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、隧洞出入口原因原因：(1)外界的作用破壞了土體原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，增大了外界的作用破壞了土體原來的應(yīng)力

6、平衡狀態(tài)，增大了滑動(dòng)面上的滑動(dòng)動(dòng)力；滑動(dòng)面上的滑動(dòng)動(dòng)力；(2)土體抗剪強(qiáng)度由于受到外界各種因素的影響而降低。土體抗剪強(qiáng)度由于受到外界各種因素的影響而降低。第30頁(yè)/共68頁(yè)應(yīng)如何分析、判斷邊坡的穩(wěn)定性？第31頁(yè)/共68頁(yè) 土體滑坡形態(tài)格式各樣，主要取決于土土體滑坡形態(tài)格式各樣，主要取決于土的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造。的性質(zhì)和工程地質(zhì)構(gòu)造。1. 粗粒土坡的滑坡深度淺、形狀接近于平面粗粒土坡的滑坡深度淺、形狀接近于平面;2. 粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土粘性土滑坡面深度到坡體內(nèi)，均質(zhì)粘性土坡滑動(dòng)面的形狀按塑性理論分析為對(duì)數(shù)螺旋坡滑動(dòng)面的形狀按塑性理論分析為對(duì)數(shù)螺旋曲面，在計(jì)算中通常以圓弧面代替。

7、曲面，在計(jì)算中通常以圓弧面代替。3. 判斷邊坡的穩(wěn)定性，是以計(jì)算滑動(dòng)土體的判斷邊坡的穩(wěn)定性，是以計(jì)算滑動(dòng)土體的抗滑力和滑動(dòng)力的比值為依據(jù)。比值大于抗滑力和滑動(dòng)力的比值為依據(jù)。比值大于1為安全，等于為安全，等于1為達(dá)到極限狀態(tài)，小于為達(dá)到極限狀態(tài)，小于1不安不安全。全。第32頁(yè)/共68頁(yè)2 表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析土坡對(duì)象：無粘性土破壞形式：表面淺層滑坡強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無限長(zhǎng)坡，坡角為分析一微單元AWTNA第33頁(yè)/共68頁(yè)一. 無滲流的無限長(zhǎng)土坡1）微單元A自重: W=VsinTW2)沿坡滑動(dòng)力：cosNW3)對(duì)坡面壓力： (由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消) cosRNtgWtg4）抗滑力：

8、cossinsRWtgFtgTWtg抗滑力滑動(dòng)力5)抗滑安全系數(shù)： RNWANWTWRN l h第34頁(yè)/共68頁(yè)無滲流的無限長(zhǎng)土坡討論當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)s=1.0，天然休止角stgFtg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(diǎn)或平行于坡的任一滑裂面上安全系數(shù)Fs都相等思考題：干坡與靜水下，若坡中不變，F(xiàn)s有什么變化第35頁(yè)/共68頁(yè)二.有滲流情況(3) 抗滑力： cosRNtgVtg(2) 滑動(dòng)力：(sinsin)sinwsatTJVV2有滲流砂土邊坡安全系數(shù)(4) 抗滑安全系數(shù)： tgtgtgJTRFssatsatsincos滲透力平行坡面NWTAWRN l hJRNWJ自重

9、：滲透力：WV sinwwJj ViVV 底面支撐力N，底面抗滑力R(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力第36頁(yè)/共68頁(yè)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(shí)可能破壞0.5sat3. 討 論 與所選V大小無關(guān)，亦即在這種坡中各點(diǎn)安全系數(shù)相同 與容重有關(guān)tgtgFssatWTNA l h第37頁(yè)/共68頁(yè)三三. . 本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)邊坡對(duì)象：無粘性土土坡邊坡對(duì)象：無粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長(zhǎng)坡分析方法：考慮為無限長(zhǎng)坡安全系數(shù)：安全系數(shù)：3 . 125. 1 ;tantan值一般取kk第38頁(yè)/共6

10、8頁(yè)3 深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析土層性質(zhì)：粘性土、土質(zhì)均勻強(qiáng)度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：實(shí)際滑坡表明，對(duì)于粘性、均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動(dòng)面與圓?。▓A柱面）近似。OR第39頁(yè)/共68頁(yè)一、概述總體說有兩種分析方法：總體說有兩種分析方法：（1 1）整體圓弧滑動(dòng)法。主要適用于均質(zhì)簡(jiǎn)單土坡。）整體圓弧滑動(dòng)法。主要適用于均質(zhì)簡(jiǎn)單土坡。所謂簡(jiǎn)單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面水平，所謂簡(jiǎn)單土坡是指土坡的坡度不變，頂面和地面水平，且土質(zhì)均勻，無地下水。且土質(zhì)均勻，無地下水。（2 2）條分法。條分法對(duì)非均質(zhì)土坡、土坡外形復(fù)雜、）條分法。條分法對(duì)非均質(zhì)土坡、土坡外形復(fù)雜、土坡部分在水下情況均適用

11、。土坡部分在水下情況均適用。 彼得森于彼得森于19161916首先提出，采用圓弧滑動(dòng)面分析土首先提出，采用圓弧滑動(dòng)面分析土坡穩(wěn)定性。此后費(fèi)倫紐斯坡穩(wěn)定性。此后費(fèi)倫紐斯(W.Fellenius,1927)(W.Fellenius,1927)和泰勒又和泰勒又做了一些改進(jìn)。做了一些改進(jìn)。第40頁(yè)/共68頁(yè)二、圓弧滑動(dòng)面的整體穩(wěn)定分析1. 基本概念基本概念 土坡在自重作用下產(chǎn)生土坡在自重作用下產(chǎn)生如圖的滑動(dòng)，根據(jù)抗滑如圖的滑動(dòng)，根據(jù)抗滑動(dòng)力矩和滑動(dòng)力矩的平動(dòng)力矩和滑動(dòng)力矩的平衡關(guān)系，有土坡穩(wěn)定性衡關(guān)系，有土坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如下：安全系數(shù)如下：圖圖8.7 土體的整體穩(wěn)定分析土體的整體穩(wěn)定分析WaRLMM

12、Kfsf第41頁(yè)/共68頁(yè)2.2.分析計(jì)算方法分析計(jì)算方法 均質(zhì)土 二維 圓弧滑動(dòng)面 滑動(dòng)土體呈剛性轉(zhuǎn)動(dòng) 在滑動(dòng)面上處于極限平衡狀態(tài)1）假設(shè)條件：）假設(shè)條件：圖圖8.8 土體的整體穩(wěn)定分析土體的整體穩(wěn)定分析二、圓弧滑動(dòng)面的整體穩(wěn)定分析第42頁(yè)/共68頁(yè)2 2）平衡條件（各力對(duì)）平衡條件（各力對(duì)O O的力矩平的力矩平衡）衡）dWMs(1) 滑動(dòng)力矩：(3) 安全系數(shù)：當(dāng)=0（粘土不排水強(qiáng)度）時(shí)， (2) 抗滑力矩：fWROBdACRLCRLMufRuCC L為為ACAC弧弧dWRLCdWRLMMFufsRs滑動(dòng)力矩抗滑力矩二、圓弧滑動(dòng)面的整體穩(wěn)定分析第43頁(yè)/共68頁(yè)討論:(1)當(dāng)當(dāng)0時(shí)，時(shí)，

13、n是是L(x,y)的函數(shù)，無的函數(shù)，無法得到法得到Fs的理論解的理論解(2)其中圓心O及半徑R是任意假設(shè)的，還必須計(jì)算若干組（O, R）找到最小安全系數(shù) 最可能滑動(dòng)面(3)適用于飽和粘土第44頁(yè)/共68頁(yè)三、條分法的基本原理1 1原理原理則，無法求理論解，是 一個(gè)邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計(jì)算解決。一個(gè)簡(jiǎn)化解決方法是將滑動(dòng)土體分成條條分法。實(shí)際是一種離散化計(jì)算方法0lntgde整體圓弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函數(shù)，若n不為零AORCsbB-2-1 01234567第45頁(yè)/共68頁(yè)2 2條分法中的力和求解條件條分法中的力和求解條件W Wi i大小和方向已知；滑動(dòng)面上的N Ni i 、 T

14、Ti i( (含c ci il li i和N Ni itgtgi i) )大小未知；土條兩側(cè)，E Ei i F Fi i h hi i由前一個(gè)土條計(jì)算得出, ,E Ei i1 1、F Fi i1 1 、h hi i1 1未知；可見，作用在土條上的作用力有5 5個(gè)未知數(shù)，可以建立3 3個(gè)平衡方程，故為靜不定問題。（1）未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi第46頁(yè)/共68頁(yè)(2) 力平衡條件（求解條件）簡(jiǎn)化計(jì)算方法：1.1.不考慮土條間的作用力，或只考慮其中的一個(gè)；2.2.假設(shè)條間力的作用方向或規(guī)定E Ei i和F Fi i的比值；3.3.假定條塊間力的作用位置，h hi

15、i已知。第47頁(yè)/共68頁(yè)四. 簡(jiǎn)單條分法（瑞典條分法）1基本假設(shè)：基本假設(shè)：費(fèi)倫紐斯假設(shè)土條兩側(cè)的合力相等，作用線重合，即土條兩側(cè)的作用力相互抵消。此時(shí)土條上的作用力僅有自重和滑動(dòng)面上的兩個(gè)分力。、2計(jì)算方法： 計(jì)算土條自重iibhW 將土條自重分解將土條自重分解iiiWNcosiiiWTsin第48頁(yè)/共68頁(yè)四. 簡(jiǎn)單條分法（瑞典條分法） 滑動(dòng)面上土的抗剪強(qiáng)度為：滑動(dòng)面上土的抗剪強(qiáng)度為：)cos(1)(1iiiiiiiiiiiiiifilctgWllctgNlctg計(jì)算滑動(dòng)力矩和穩(wěn)定力矩計(jì)算滑動(dòng)力矩和穩(wěn)定力矩: iiisRWRTMsinRlctgWRlMiiiiiifif)cos( 計(jì)算

16、土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) niiiiniiiiiiisfWRlctgWRMMK11sin)cos(對(duì)于均質(zhì)土坡對(duì)于均質(zhì)土坡 iicc niiiiniiiiiisfWlcWtgMMK11sin)cos(第49頁(yè)/共68頁(yè)3. 簡(jiǎn)單條分法計(jì)算步驟圓心O，半徑R（如圖）分條：b=R/10編號(hào)：過圓心垂線為0#條中線列表計(jì)算 li Wi i變化圓心O和半徑R(cos)sini iiiisiiClWtgFWFs最小ENDNiiWTiAORCsbB-2-101234567第50頁(yè)/共68頁(yè)4. 瑞典簡(jiǎn)單條分法的討論* 忽略了條間力，所計(jì)算安全系數(shù)K值偏?。?假設(shè)圓弧滑裂面，使K值偏大；總體

17、結(jié)果是K值偏小。* 越大(條間的抗滑作用力越大)，K值越偏小。* 假設(shè)圓弧滑裂面，與實(shí)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* 由于忽略了條塊間的作用力，只滿足力矩平衡，不滿足靜力平衡。第51頁(yè)/共68頁(yè)四、畢肖普（Bishop）法PiiNiTiHiRiOWPi+1Hi+1bidiPi=Pi-Pi+1iiNiTiHi=Hi-Hi+1W 畢肖普（畢肖普（AWBishop）1955年提出的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方年提出的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法法 。該方法可以考慮條塊間的作用力。但在考慮整個(gè)滑動(dòng)土體。該方法可以考慮條塊間的作用力。但在考慮整個(gè)滑動(dòng)土體力矩平衡條件時(shí)，認(rèn)為各土條的作用力對(duì)圓心

18、力矩之和為零。力矩平衡條件時(shí)，認(rèn)為各土條的作用力對(duì)圓心力矩之和為零。第52頁(yè)/共68頁(yè)1. 原理與特點(diǎn) 假設(shè)滑裂面為圓弧 不忽略條間作用力 土條的滑裂面上滿足極限平衡條件 土條在y方向上（豎直）達(dá)到靜力平衡 總體對(duì)圓心O力矩平衡四、畢肖普（Bishop）法第53頁(yè)/共68頁(yè)四、畢肖普（Bishop）法2. 推導(dǎo)過程 豎向平衡條件：豎向平衡條件：0cossin1iiiiiiiNTHHWiiiiiiiTHHWNsin)(cos1 若土條的穩(wěn)定安全系數(shù)為若土條的穩(wěn)定安全系數(shù)為 K， 與滑動(dòng)面上的切向力與滑動(dòng)面上的切向力相平衡的條件有：相平衡的條件有： fiiT)(1iiiiifiilctgNKlTi

19、iiiiiiiiitgKKlcHHWNsin1cossin)(1iiiiiisfWlctgNMMKsin)(第54頁(yè)/共68頁(yè)iiiitgKmsin1cos參數(shù) 包含有K，是一超越方程。采用試算的方法。查曲線的方法。iiniiniiiiiiiiiiiiWtgKlctgHHWKsinsin1coscos)(111四、畢肖普（Bishop）法2. 推導(dǎo)過程imniiiiniiiiiiiiWlctgWmK11sincos1簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化01iiHH第55頁(yè)/共68頁(yè)四、畢肖普（Bishop）法畢肖普曲線畢肖普曲線mi 值曲線值曲線第56頁(yè)/共68頁(yè)3. 畢肖甫法計(jì)算步驟kkk圓心O，半徑R設(shè) K=1.0計(jì)

20、算 miYESFs最小END計(jì)算K/NoYESNokk第57頁(yè)/共68頁(yè)四、畢肖普（Bishop）法1. 滿足整體力矩平衡條件；滿足整體力矩平衡條件；2. 滿足各條塊力的多邊形閉合條件，但不滿足條滿足各條塊力的多邊形閉合條件，但不滿足條塊的力矩平衡；塊的力矩平衡；3. 假設(shè)條塊間作用力只有法向力沒有切向力；假設(shè)條塊間作用力只有法向力沒有切向力；4. 滿足極限平衡條件。滿足極限平衡條件。5. 得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些。得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些。第58頁(yè)/共68頁(yè)費(fèi)倫紐斯最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心的確定方法費(fèi)倫紐斯最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心的確定方法五、圓弧滑動(dòng)面的整體穩(wěn)定分析第59頁(yè)/共68頁(yè)1

21、2土坡坡度土坡坡度（豎直（豎直: :水平）水平）坡角坡角1:0.581:0.586060292940401:11:14545282837371:1.51:1.533334141262635351:21:226263434252535351:31:318182626252535351:41:414140202252537371:51:5111119192525373711及及22的取值的取值 五、圓弧滑動(dòng)面的整體穩(wěn)定分析第60頁(yè)/共68頁(yè)六. 幾種分析計(jì)算方法的總結(jié)方方法法整整體體圓圓弧弧法法簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單條條分分法法畢畢肖肖普普法法普普遍遍條條分分法法（簡(jiǎn)簡(jiǎn)布布）滑裂面形狀圓弧圓弧圓弧任意假設(shè)剛性滑

22、動(dòng)體滑動(dòng)面上極限平衡忽略條間力考慮條間力Hi=0（簡(jiǎn)布）Pi直線分布 wi，Ni交于條底中點(diǎn)Oi條件軟粘土不排水Pn=0一般均質(zhì)土一般一般均質(zhì)土任意土（分層土）精度Fs偏小 10%Hi=0，誤差20%-70%比較難確定整體力矩各條力矩各條垂直力平衡條件各條水平力第61頁(yè)/共68頁(yè)七、邊坡穩(wěn)定分析圖解法土坡穩(wěn)定分析工作土坡穩(wěn)定分析工作量很大，許多學(xué)者量很大，許多學(xué)者整理出坡高整理出坡高H、坡、坡角角、與土的抗剪、與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)c、和和之間的關(guān)系，并繪之間的關(guān)系，并繪制如圖關(guān)系，直接制如圖關(guān)系，直接計(jì)算土坡穩(wěn)定性。計(jì)算土坡穩(wěn)定性。即知道其中即知道其中4個(gè)參個(gè)參數(shù)就可以計(jì)算剩余數(shù)就可以計(jì)算剩余的數(shù)值。的數(shù)值。第62頁(yè)/共68頁(yè) 4 水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響 從本質(zhì)上講，水的浸入將使土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低、從本質(zhì)上講，水的浸入將使土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低、有效應(yīng)力減小，土體抗滑動(dòng)能力減小，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。有效應(yīng)力減小，土體抗滑動(dòng)能力減小，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。 一、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及安全系數(shù)的選用抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo)允許安全允許安全系數(shù)系數(shù)說明說明固結(jié)快剪固結(jié)快剪1.101.10 1.30