土力學(xué)課件：第八章土坡穩(wěn)定

1、第八章 土坡穩(wěn)定分析Stability analysis of soil slopes1 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)土坡穩(wěn)定的影響第八章 土坡穩(wěn)定性分析主要內(nèi)容8.1 概述一、土坡：具有傾斜面的土體 坡面坡頂坡底坡高H坡肩坡角坡腳8.1 概述1天然土坡 江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有傾斜面的土體貴州洪家渡 山、嶺、丘、崗、天然坡1天然土坡一. 土坡8.1 概述2人工土坡 挖方：溝、渠、坑、池露天礦一. 土坡8.1 概述2人工土坡 填方：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩一. 土坡8.1 概述二. 滑坡-滑坡的主要形式8.1 概述巖體崩塌過(guò)程示意圖下面是幾個(gè)巖土體滑坡

2、過(guò)程的模擬圖：8.1 概述滑坡過(guò)程示意圖8.1 概述泥石流發(fā)展示意圖8.1 概述二. 滑坡一部分土體在外因作用下，相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)8.1 概述2造成滑坡的原因二. 滑坡(1)滑動(dòng)力增大： 在坡頂堆載、修建建筑物和車(chē)輛行駛；雨水或地表水滲人使土的重度增加；坡頂豎向裂縫中的水壓力、滲透力和地震力對(duì)土坡的作用等。(2)抗滑力減?。?土的抗剪強(qiáng)度因含水量增加而下降；孔隙水壓力增大使有效應(yīng)力和摩擦力減?。黄履_處土體被沖刷或移走等。應(yīng)如何分析、判斷邊坡的穩(wěn)定性？假定一滑動(dòng)面計(jì)算滑坡體的滑動(dòng)力和抗滑力土坡穩(wěn)定安全系數(shù)搜索最小安全系數(shù)的滑動(dòng)面確定滑動(dòng)面形狀8.1 概述3滑動(dòng)面的形狀主要取決于土的性質(zhì)和工

3、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;2. 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)螺旋曲 面，在計(jì)算中通常以圓弧面代替。8.2 表層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析土坡對(duì)象：無(wú)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(wú)限長(zhǎng)坡，坡角為分析一微單元A砂性土的土坡穩(wěn)定分析1）微單元A自重: W=V2)沿坡滑動(dòng)力：3)對(duì)坡面壓力： (由于無(wú)限土坡兩側(cè)作用力抵消) 4）抗滑力： 5)抗滑安全系數(shù)： RNWANWTaWRN一. 無(wú)滲流的無(wú)限長(zhǎng)土坡當(dāng) K1時(shí) 穩(wěn)定 即 K1時(shí) 失穩(wěn) 即 K=1 時(shí) 臨界狀態(tài) 即= 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析無(wú)滲流的無(wú)限長(zhǎng)土坡

4、討論當(dāng)=時(shí)，K=1.0，天然休止角可見(jiàn)安全系數(shù)與土容重、坡高無(wú)關(guān)與所選的微單元大小無(wú)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)K都相等思考題：干坡與靜水下，若坡中不變，K有什么變化 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析(3) 抗滑力： (2) 滑動(dòng)力：有滲流砂土邊坡安全系數(shù)(4) 抗滑安全系數(shù)： 滲透力平行坡面NWTAaWRNlhJRNWJ(1)取微單元A的土骨架為隔離體，作用力二.有沿坡滲流情況自重：滲透力：即地下水沿坡面流動(dòng)地下水流動(dòng)方向 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析注：意味著原來(lái)穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時(shí)可 能破壞討 論 與所選V大小無(wú)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)aWTN

5、Alh二.有沿坡滲流情況與無(wú)滲流比較K減小近一倍 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析本節(jié)小結(jié)邊坡對(duì)象：無(wú)粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無(wú)限長(zhǎng)坡安全系數(shù)：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 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析一、概述條分法對(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。彼得森(K.E.Petterson)于1916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(W.Fellenius,1927)和泰勒(D.W.Taylor,19

6、48)又做了一些改進(jìn)。總體說(shuō)有兩種分析方法：（1）整體圓弧滑動(dòng)法（2）條分法主要適用于均質(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，且土質(zhì)均勻，無(wú)地下水。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1、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：圖 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 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析2）平衡條件（各力對(duì)O的力矩平衡）(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：fWROBaAC為AC弧長(zhǎng)二、圓弧滑動(dòng)面的整體穩(wěn)定分析 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析討論:(1)當(dāng)0時(shí)，

7、n是L(x,y)的函數(shù)，無(wú)法 得到K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 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1原理一個(gè)簡(jiǎn)化解決方法是將滑動(dòng)土體分成條條分法。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ORbCA-2-101234567則，無(wú)法求理論解，是 一個(gè)邊值問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)數(shù)值計(jì)算解決。實(shí)際是一種離散化計(jì)算方法。三、條分法的基本原理 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析Wi大小和方向已知；滑動(dòng)面上的Ni 、 Ti(含cili和Nitgi)大小未知；土條兩側(cè)，Ei 、 Fi 、 hi由前一個(gè)土條計(jì)算得出,E

8、i1、 Fi1 、hi1未知；可見(jiàn)，作用在土條上的作用力有5個(gè)未知數(shù)，可以建立3個(gè)平衡方程，故為靜不定問(wèn)題。（1）未知量數(shù)目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2條分法中的力和求解條件 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析簡(jiǎn)化計(jì)算方法：1.不考慮土條間的作用力，或只考慮其中的一個(gè)；2.假設(shè)條間力的作用方向或規(guī)定Ei和Fi的比值；3.假定條塊間力的作用位置，hi已知。(2) 力平衡條件（求解條件） 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1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)算土條自重將土條自重分解

9、四. 簡(jiǎn)單條分法（瑞典條分法） 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析滑動(dòng)面上土的抗剪強(qiáng)度為：計(jì)算滑動(dòng)力矩和穩(wěn)定力矩: 計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 對(duì)于均質(zhì)土坡 四. 簡(jiǎn)單條分法（瑞典條分法） 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 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，K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(mǎn)足力矩平衡，不滿(mǎn)足靜力平衡。瑞典簡(jiǎn)單條分法的討論 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 畢肖普（A.W.Bishop）1955年提出的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法 。該

10、方法可以考慮條塊間的作用力，但不考慮土條間的豎向切向力，且規(guī)定了滑動(dòng)面上切向力的大小。五、畢肖普（Bishop）法為了改進(jìn)條分法的精度，許多人都認(rèn)為應(yīng)該考慮土條間的作用力超靜定問(wèn)題。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析最危險(xiǎn)滑弧位置的確定： 以上是對(duì)一個(gè)假設(shè)滑弧求得的穩(wěn)定安全系數(shù)，為找到最危險(xiǎn)的滑弧，應(yīng)假設(shè)一系列滑弧通過(guò)試算求得最小安全系數(shù)1.費(fèi)倫紐斯的確定方法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析土坡坡度（豎直:水平）坡角1:0.586029401:14528371:1.5334126351:2263425351:3182625351:4140225371:5111925371及2的

11、取值 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1980年，美國(guó)肯塔基州立大學(xué) 陳惠發(fā)根據(jù)大量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)指出，最危險(xiǎn)滑弧兩端距坡頂點(diǎn)和坡腳各為0.1n*H處，且最危險(xiǎn)滑弧中心位于fd線的垂直平分線上。亦可通過(guò)試算法確定。2.陳惠發(fā)的經(jīng)驗(yàn)法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析一、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及安全系數(shù)的選用8. 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、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)。 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(yàn)條件盡量符合土體的實(shí)際受力和排水條件。浸潤(rùn)線以下部分應(yīng)考慮水的浮力作用，采用浮重度，動(dòng)水可按下式計(jì)算:二、有水滲流時(shí)的土坡穩(wěn)定計(jì)算A浸潤(rùn)線以下部分面積，即動(dòng)