巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析原理與方法PPT數(shù)值分析

1、E-mail: 徐文杰清華大學(xué) 水利系第12章 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析原理與方法 數(shù)值分析法1.極限平衡法1989漫灣滑坡2000年3月九江大堤邊坡失穩(wěn)2008.5.12唐家山滑坡2000.4.9 西藏易貢滑坡1.極限平衡法極限平衡法基本思路：假定巖土體破壞時(shí)是由于滑體沿滑動(dòng)面發(fā)生滑動(dòng)而造成的，通常根據(jù)作用于滑動(dòng)面上滑動(dòng)塊體的抗剪力與該塊體沿破壞面的剪切力之比，求該塊體的穩(wěn)定系數(shù)。分析巖體和土體穩(wěn)定時(shí)假定一破壞面,取破壞面內(nèi)土體,為脫離體計(jì)算出作用于脫離體上的力系達(dá)到靜力平衡時(shí)的下滑力（T）,與破壞面實(shí)際所能提供的巖土的抗力相比較（S）,以求得穩(wěn)定性安全系數(shù)（Fos）,或根據(jù)所給定的安全系數(shù)求允許

2、作用外荷載的方法.極限平衡法是巖土體穩(wěn)定重要分析方法之一，也是各行業(yè)規(guī)范所指定方法。1.極限平衡法紅粘土邊坡失穩(wěn)堆積體邊坡失穩(wěn)-圓弧形滑坡ACB1.極限平衡法-單一結(jié)構(gòu)面斜坡 hHW只考慮重力作用下：L1.極限平衡法-單一結(jié)構(gòu)面斜坡 ACBW考慮地下水靜水壓力作用下：hwPC1.極限平衡法-單一結(jié)構(gòu)面斜坡 ACBW考慮地震力作用：Pd1.極限平衡法-兩組結(jié)構(gòu)面構(gòu)成滑體的斜坡W1ABCDL1L2CBDBDAW1T12W2W2T21c1, 1c2, 21.極限平衡法-兩組結(jié)構(gòu)面構(gòu)成滑體的斜坡CBDBDCW1T12W2T211.極限平衡法-Sarma法Sarma1.極限平衡法-Sarma法Sarma

3、法特點(diǎn)：可根據(jù)滑體的地質(zhì)特性、結(jié)構(gòu)面構(gòu)造，對(duì)滑體進(jìn)行按節(jié)理構(gòu)造的斜分條及不等距分條，使各條塊盡量模擬實(shí)際風(fēng)化巖體；可較詳盡地模擬側(cè)面節(jié)理、斷層造成的滑體強(qiáng)度特征；滑體滑動(dòng)時(shí)，不僅滑動(dòng)面上的各種力達(dá)到了極限平衡，側(cè)面也達(dá)到了極限平衡。1.極限平衡法-Sarma法diZWi(XWi, YWi)(XTi, YTi)(XTi+1, YTi+1)(XWi+1, YWi+1)ii+1ZWi+1di+1(XBi, YBi)(XBi+1, YBi+1)biiyx1.極限平衡法-Sarma法Ei+1EiTiNiUiPWi+1PWiXiWiKcWixyWi:第i條塊重量；PWi、 PWi+1:作用在第i條塊第i側(cè)

4、面和第i+1側(cè)面的水壓力；Ui:第i條塊底面的水壓力；Xi、 Xi+1:作用在第i條塊第i側(cè)面和第i+1側(cè)面的剪切力；Ni:第i條塊底面的正壓力；Ti:第i條塊底面的剪切力；Ei、 Ei+1:作用在第i條塊第i側(cè)面和第i+1側(cè)面的正壓力；KcWi: 假定滑塊承受水平力使滑體處于臨界狀態(tài)，Kc為臨界加速度系數(shù)。Xi+11.極限平衡法-Sarma法垂直方向力的平衡（1）水平方向力的平衡（2）1.極限平衡法-Sarma法據(jù)摩爾-庫倫破壞準(zhǔn)則（3a）（3b）（3c）1.極限平衡法-Sarma法假定兩側(cè)面力E,X處于極限平衡狀態(tài)（4a）（4b）1.極限平衡法-Sarma法將(3a)、（3b）、（3c）、

5、（4a）、（4b）代入（1）、（2）式中：Cbi、bi為第i條塊底面抗剪切強(qiáng)度指標(biāo)； Csi、si 、Csi+1、si+1第i條塊第i側(cè)面、第i+1側(cè)面抗剪切強(qiáng)度指標(biāo)；1.極限平衡法-Sarma法當(dāng)i=1時(shí)，E2=a1 - p1K當(dāng)i=2時(shí)，E3=a2 p2K + E2e2邊界條件：En+1=0臨界加速度系數(shù)Kc可寫成：計(jì)算Kc：1.極限平衡法-Sarma法崔政權(quán),李寧.邊坡工程-理論與實(shí)踐最新發(fā)展M.北京:中國水利水電出版社,1999.計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)Fos：通過迭代求得使得Kc等于0時(shí)的Fos，就是邊坡在不考慮地震力作用時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)。1.極限平衡法-楔體穩(wěn)定分析方法1.極限平衡法-楔體穩(wěn)定分

6、析方法Hoek楔體穩(wěn)定分析方法E. Hoek, J. W. Bray. Rock Slope Engineering. 1983.C.W. Ducan. Rock Slope Engineering Civil and Mining. 2003. 1.極限平衡法-楔體穩(wěn)定分析方法1.極限平衡法-楔體穩(wěn)定分析方法2.數(shù)值分析技術(shù)在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用極限平衡法不足：可以得到邊坡內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變特征及變形破壞機(jī)理；基于數(shù)值計(jì)算的強(qiáng)度折減法可以得到邊坡的安全系數(shù)，但其工程實(shí)用性有待于進(jìn)一步研究?；娲_定有很大的人為性和隨機(jī)性；無法考慮邊坡內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)問題，而且無法對(duì)邊坡的變形破壞模式作出判定。數(shù)值分析

7、法優(yōu)點(diǎn)：可以研究多種復(fù)雜工況下的邊坡穩(wěn)定性問題及破壞機(jī)制；2.數(shù)值分析技術(shù)在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用2.數(shù)值分析技術(shù)在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用2.數(shù)值分析技術(shù)在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用2.數(shù)值分析技術(shù)在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用3.水利工程邊坡級(jí)別劃分及穩(wěn)定性要求邊坡級(jí)別確定考慮因素對(duì)建筑物安全和正常運(yùn)用的影響程度對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全的影響程度邊坡失事后的損失大小邊坡規(guī)模大小邊坡所處位置臨時(shí)邊坡還是永久邊坡社會(huì)和環(huán)境因素4.水利工程邊坡級(jí)別劃分及穩(wěn)定性要求邊坡的級(jí)別與水工建筑物級(jí)別的對(duì)照關(guān)系水利工程邊坡安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)4.水利工程邊坡級(jí)別劃分及穩(wěn)定性要求1）臨水邊坡：水庫水位處于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位與死水位之間的各種

8、水位及其經(jīng)常性降落；除校核洪水以外各種情況下的水庫下游水位及其經(jīng)常性降落；水道邊坡的正常高水位與最低水位之間的各種水位及其經(jīng)常性降落。水利工程邊坡安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)4.水利工程邊坡級(jí)別劃分及穩(wěn)定性要求2）不臨水邊坡：工程投入運(yùn)用后經(jīng)常發(fā)生或持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的情況。水利工程邊坡安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)4.水利工程邊坡級(jí)別劃分及穩(wěn)定性要求施工期臨水邊坡的水位非常降落校核洪水位及其水位降落由于降雨泄水雨霧和其他原因引起的邊坡體飽和及相應(yīng)的地下水位變化正常運(yùn)用條件下邊坡體排水失效水利工程邊坡安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)4.水利工程邊坡級(jí)別劃分及穩(wěn)定性要求非常運(yùn)用條件應(yīng)為正常運(yùn)用條件下遭遇地震作業(yè)部位傾向（）傾角（）粘聚力（kPa)內(nèi)摩擦角（）結(jié)構(gòu)面J11154523.920結(jié)構(gòu)面J22357047.830后緣拉裂縫16570長(zhǎng)度：12.19m坡面18565坡頂面19512采用結(jié)構(gòu)分析法及Hoek法計(jì)算分析楔形體邊坡穩(wěn)定性：注：1.程序?qū)崿F(xiàn)：相關(guān)計(jì)算通過Python程序?qū)崿F(xiàn),并繪制三維邊坡模型。2.計(jì)算工況：分別考慮后緣拉裂隙充水