土坡穩(wěn)定分析安徽理工大學(xué)PPT教案

1、土坡穩(wěn)定分析安徽理工大學(xué)土坡穩(wěn)定分析安徽理工大學(xué)概述 基本概念與基本原理 第1頁(yè)/共30頁(yè)概述天然土坡天然土坡人工土坡人工土坡由于地質(zhì)作用而自然由于地質(zhì)作用而自然形成的土坡形成的土坡 在天然土體中開(kāi)挖或在天然土體中開(kāi)挖或填筑而成的土坡填筑而成的土坡 山坡、江河山坡、江河岸坡岸坡路基、堤壩路基、堤壩坡底坡底坡腳坡腳坡角坡角坡頂坡頂坡高坡高土坡穩(wěn)定分析問(wèn)題土坡穩(wěn)定分析問(wèn)題第2頁(yè)/共30頁(yè)概述1 天 然 土坡 江、河、湖、海岸坡第3頁(yè)/共30頁(yè)概述2 人 工 土坡 挖方：溝、渠、坑、池第4頁(yè)/共30頁(yè)概述2人工土坡 填方：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩第5頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理一、基本概念

2、1天然土坡：由長(zhǎng)期自然地質(zhì)營(yíng)力作用形成的土坡，稱 為天然土坡。2人工土坡：人工挖方或填方形成的土坡，稱為人工土坡。3滑坡：土坡中一部分土體對(duì)另一部分土體產(chǎn)生相對(duì)位移， 以至喪失原有穩(wěn)定性的現(xiàn)象。4圓弧滑動(dòng)法：在工程設(shè)計(jì)中常假定土坡滑動(dòng)面為圓弧面， 建立這一假定的穩(wěn)定分析方法，稱為圓弧滑動(dòng)法。它是極 限平衡法的一種常用分析方法。第6頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理一、基本概念 滑坡 第7頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理一、基本概念 第8頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 1.土坡失穩(wěn)原因分析 （1）斜坡的土質(zhì)：各種土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度、抗水能力是不一樣的，如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的土、濕陷性黃

3、土等，遇水后軟化，使原來(lái)的強(qiáng)度降低很多。（2）斜坡的土層結(jié)構(gòu)：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當(dāng)下伏土層(或巖層)不透水時(shí)，容易在交界上發(fā)生滑動(dòng)。（3）斜坡的外形：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下緩的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，當(dāng)土坡不高時(shí)尚可直立，但隨時(shí)間和氣候的變化，也會(huì)逐漸塌落。 內(nèi)部因素第9頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 1.土坡失穩(wěn)原因分析 （1）降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中，使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，土質(zhì)變軟，強(qiáng)度降低；還可使土的重度增加，以及孔隙水壓力的產(chǎn)生，使土體作用有動(dòng)、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設(shè)計(jì)斜坡應(yīng)針對(duì)這些原

4、因，采用相應(yīng)的排水措施。（2）振動(dòng)的作用：如地震的反復(fù)作用下，砂土極易發(fā)生液化；粘性土，振動(dòng)時(shí)易使土的結(jié)構(gòu)破壞，從而降低土的抗剪強(qiáng)度；施工打樁或爆破，由于振動(dòng)也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。（3）人為影響：由于人類不合理地開(kāi)挖，特別是開(kāi)挖坡腳；或開(kāi)挖基坑、溝渠、道路邊坡時(shí)將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時(shí)，都可引起斜坡變形破壞。 外部因素第10頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 2.無(wú)粘性土坡穩(wěn)定性分析 (1)(1)一般情況下的無(wú)粘性土土坡一般情況下的無(wú)粘性土土坡TT均質(zhì)的無(wú)粘性土土坡，均質(zhì)的無(wú)粘性土土坡，在干燥或完全浸水條件在干燥或完全浸水條件下，土粒間無(wú)粘結(jié)力下，土

5、粒間無(wú)粘結(jié)力 只要位于坡面上的土單元體只要位于坡面上的土單元體能夠保持穩(wěn)定，則整個(gè)坡面能夠保持穩(wěn)定，則整個(gè)坡面就是穩(wěn)定的就是穩(wěn)定的 單元體穩(wěn)定單元體穩(wěn)定TT土坡整體土坡整體穩(wěn)定穩(wěn)定NW第11頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 2.無(wú)粘性土坡穩(wěn)定性分析 (1)(1)一般情況下的無(wú)粘性土土坡一般情況下的無(wú)粘性土土坡WTTN穩(wěn)定條件：TTsinWT cosWNtanNT 砂土的內(nèi)摩砂土的內(nèi)摩擦角擦角tancosWT 抗滑力與滑動(dòng)抗滑力與滑動(dòng)力的比值力的比值 安全系數(shù)安全系數(shù)tantansintancosWWTTFs第12頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 2.無(wú)粘

6、性土坡穩(wěn)定性分析 (2)(2)有滲流作用時(shí)的無(wú)粘性土土坡有滲流作用時(shí)的無(wú)粘性土土坡分析分析穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件：TT+JJTTFsWTTNJ順坡出流情況順坡出流情況:sinwJ tantansinsintancossintancossatwsJWWJTTF / / satsat1/21/2，坡面有順坡滲流坡面有順坡滲流作用時(shí)，無(wú)粘性作用時(shí)，無(wú)粘性土土坡穩(wěn)定安全土土坡穩(wěn)定安全系數(shù)將近降低一系數(shù)將近降低一半半 第13頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (1)(1)瑞典圓弧滑動(dòng)法瑞典圓弧滑動(dòng)法NfWROBd假定滑動(dòng)面為圓柱面，截假定滑動(dòng)面為圓柱面，截面為圓弧，利

7、用土體極限面為圓弧，利用土體極限平衡條件下的受力情況：平衡條件下的受力情況： 滑動(dòng)面上的最大滑動(dòng)面上的最大抗滑力矩與滑動(dòng)抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比力矩之比 飽和粘土，不排水剪條飽和粘土，不排水剪條件下，件下， u u0 0，f fc cu u WdRLcFusWdRLRLRLMMFfffsCA第14頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 粘性土土坡滑動(dòng)前，坡頂常粘性土土坡滑動(dòng)前，坡頂常常出現(xiàn)豎向裂縫常出現(xiàn)豎向裂縫 CRdBAWfONA z0深度近似采用深度近似采用土壓力臨界深土壓力臨界深度度 aKcz/20裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長(zhǎng)度由裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長(zhǎng)度由AC減

8、減小到小到AC，如果裂縫中積水，還要，如果裂縫中積水，還要考慮靜水壓力對(duì)土坡穩(wěn)定的不利考慮靜水壓力對(duì)土坡穩(wěn)定的不利影響影響 Fs是任意假定某個(gè)滑動(dòng)面的抗滑是任意假定某個(gè)滑動(dòng)面的抗滑安全系數(shù)，實(shí)際要求的是與最危安全系數(shù)，實(shí)際要求的是與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面相對(duì)應(yīng)的最小安全系數(shù)險(xiǎn)滑動(dòng)面相對(duì)應(yīng)的最小安全系數(shù) 假定若干滑動(dòng)面 最小安全系數(shù)最小安全系數(shù) (1)(1)瑞典圓弧滑動(dòng)法瑞典圓弧滑動(dòng)法第15頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心的確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心的確定12ROBA對(duì)于均質(zhì)粘性土土坡，對(duì)于均質(zhì)粘性土土坡，其最危險(xiǎn)滑動(dòng)面通過(guò)其最危險(xiǎn)滑動(dòng)面通過(guò)坡腳坡腳

9、 =0=0 圓心位置由圓心位置由1 1，2 2確定確定OB12AHE2H4.5HF Fs s 00 圓心位置在圓心位置在EOEO的延的延長(zhǎng)線上長(zhǎng)線上 (1)(1)瑞典圓弧滑動(dòng)法瑞典圓弧滑動(dòng)法第16頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (2)(2)條分法條分法abcdiiOCRABH對(duì)于外形復(fù)雜、 0的粘性土土坡，土體分層情況時(shí)，要確定滑動(dòng)土體的重量及其重心位置比較困難，而且抗剪強(qiáng)度的分布不同，一般采用條分法分析 各土條對(duì)滑弧圓心的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩 滑動(dòng)土體分為若干垂直土條土坡穩(wěn)定安全系數(shù) 第17頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.

10、粘性土坡穩(wěn)定性分析 (2)(2)條分法條分法條分法分析步驟條分法分析步驟I IabcdiiOCRABH1.1.按比例繪出土坡剖面按比例繪出土坡剖面 2.2.任選一圓心任選一圓心O O，確定滑動(dòng)，確定滑動(dòng)面，將滑動(dòng)面以上土體分成面，將滑動(dòng)面以上土體分成幾個(gè)等寬或不等寬土條幾個(gè)等寬或不等寬土條 3.3.每個(gè)土條的受力分析每個(gè)土條的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜力平衡靜力平衡假設(shè)兩組合力假設(shè)兩組合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi i1 1) )iiiWNcosiiiWTsiniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsi

11、n1第18頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (2)(2)條分法條分法條分法分析步驟條分法分析步驟4.4.滑動(dòng)面的總滑動(dòng)力矩滑動(dòng)面的總滑動(dòng)力矩 iiiWRTRTRsin5.5.滑動(dòng)面的總抗滑力矩滑動(dòng)面的總抗滑力矩 )tancos(taniiiiiiiiiifilcWRlcRlRRT6.6.確定安全系數(shù)確定安全系數(shù) iiiiiiisWlctgWTRRTFsincosabcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi條分法是一種試算法，應(yīng)選取不同條分法是一種試算法，應(yīng)選取不同圓心位置和不同半徑進(jìn)行計(jì)算，求圓心位置和不同半徑進(jìn)行計(jì)算，求最小

12、的安全系數(shù)最小的安全系數(shù) 第19頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (3)(3)畢肖普法畢肖普法 PiiNiTiHiRiOWPi+1Hi+1bidiPi=Pi-Pi+1iiNiTiHi=Hi-Hi+1W第20頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (3)(3)畢肖普法畢肖普法 a. 原理與特點(diǎn)n 假設(shè)滑裂面為圓弧n 不忽略條間作用力n 在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件n 每條上作用力在y方向（豎直）上靜力平衡n 總體對(duì)圓心O力矩平衡DPDPi i 不出現(xiàn)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(shí)際上條

13、件不夠：缺 Hi，共(n-1)個(gè)條件設(shè)Hi=0則條件夠了簡(jiǎn)化Bishop法，忽略條間切向力）第21頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (3)(3)畢肖普法畢肖普法 求解條件n平衡條件：2n+1n未知數(shù)：6n-21）由于豎向力平衡 Pi(Pi) 不出現(xiàn) （n-1）2）不計(jì)各條力矩平衡 ti 及 hi （2n-1）3) 假設(shè) Hi=0（不計(jì)條間切向力） (n-1)第22頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (3)(3)畢肖普法畢肖普法 b.安全系數(shù)公式1()siniiiiisiiCbWtgmFWsincosiiiis

14、tgmF其中其中第23頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (3)(3)畢肖普法畢肖普法 c.畢肖甫法計(jì)算步驟畢肖甫法計(jì)算步驟圓心O，半徑R設(shè) Fs=1.0計(jì)算 m iYESFs最小END計(jì)算sFssFFNosssFFFYESNo第24頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 3.粘性土坡穩(wěn)定性分析 (4)(4)泰勒?qǐng)D表法泰勒?qǐng)D表法 土坡的穩(wěn)定性相關(guān)因素：土坡的穩(wěn)定性相關(guān)因素：抗剪強(qiáng)度指標(biāo)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c c和和 、重、重度度 、土坡的尺寸坡角、土坡的尺寸坡角 和坡高和坡高H H泰勒（泰勒（Taylor,D.WTaylor,D.W，193719

15、37）用圖表表達(dá)影響因素的相用圖表表達(dá)影響因素的相互關(guān)系互關(guān)系 cHNcrs穩(wěn)定數(shù)穩(wěn)定數(shù)土坡的臨界高度土坡的臨界高度或極限高度或極限高度 根據(jù)不同的根據(jù)不同的 繪出繪出 與與N Ns s的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 HHFcrs泰勒?qǐng)D表法適宜解決簡(jiǎn)單土坡穩(wěn)定分析的問(wèn)題：泰勒?qǐng)D表法適宜解決簡(jiǎn)單土坡穩(wěn)定分析的問(wèn)題：已知坡角已知坡角 及土的指標(biāo)及土的指標(biāo)c c、 、 ，求穩(wěn)定的坡高，求穩(wěn)定的坡高H H已知坡高已知坡高H H及土的指標(biāo)及土的指標(biāo)c c、 、 ，求穩(wěn)定的坡角，求穩(wěn)定的坡角 已知坡角已知坡角 、坡高、坡高H H及土的指標(biāo)及土的指標(biāo)c c、 、 ，求穩(wěn)定安全系數(shù)，求穩(wěn)定安全系數(shù)F F s s第25頁(yè)

16、/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 4.邊坡穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法 n有效應(yīng)力法：使用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) c、 n總應(yīng)力法：使用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo) cu 或 ccu、cu第26頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 5.土坡穩(wěn)定分析的幾個(gè)問(wèn)題討論 (1)(1)挖方邊坡與天然邊坡挖方邊坡與天然邊坡 天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復(fù)雜，這些土坡與人工填筑土坡相比，性質(zhì)上天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復(fù)雜，這些土坡與人工填筑土坡相比，性質(zhì)上所不同。對(duì)于正常固結(jié)及超固結(jié)粘土土坡，按上述的穩(wěn)定分析方法，得到安所不同。對(duì)于正常固結(jié)及超固結(jié)粘土土坡，按上述的穩(wěn)定分析方法，得到安全系數(shù)，比

17、較符合實(shí)測(cè)結(jié)果。但對(duì)于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述相同全系數(shù)，比較符合實(shí)測(cè)結(jié)果。但對(duì)于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述相同的分析方法，會(huì)得出不正確的結(jié)果的分析方法，會(huì)得出不正確的結(jié)果(2)(2)關(guān)于圓弧滑動(dòng)條分法關(guān)于圓弧滑動(dòng)條分法計(jì)算中引入的計(jì)算假定：計(jì)算中引入的計(jì)算假定： 滑動(dòng)面為圓弧滑動(dòng)面為圓弧 不考慮條間力作用不考慮條間力作用 安全系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比來(lái)定義安全系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比來(lái)定義第27頁(yè)/共30頁(yè)基本概念與基本原理二、基本規(guī)律與基本原理 5.土坡穩(wěn)定分析的幾個(gè)問(wèn)題討論 (3)(3)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的選用 土的抗剪強(qiáng)

18、度指標(biāo)值選用應(yīng)合理：土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值選用應(yīng)合理： 指標(biāo)值過(guò)高，有發(fā)生滑坡的可能指標(biāo)值過(guò)高，有發(fā)生滑坡的可能 指標(biāo)值過(guò)低，沒(méi)有充分發(fā)揮土的強(qiáng)度，就工程而言，不經(jīng)濟(jì)指標(biāo)值過(guò)低，沒(méi)有充分發(fā)揮土的強(qiáng)度，就工程而言，不經(jīng)濟(jì) 實(shí)際工程中，應(yīng)結(jié)合邊坡的實(shí)際加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合實(shí)際工程中，應(yīng)結(jié)合邊坡的實(shí)際加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。理的選用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 如果能準(zhǔn)確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應(yīng)力法比較合理。重要如果能準(zhǔn)確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應(yīng)力法比較合理。重要的工程應(yīng)采用有效強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行核算。對(duì)于控制土坡穩(wěn)定的各個(gè)時(shí)期，應(yīng)分的工程應(yīng)采用有效強(qiáng)度指標(biāo)