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 表層滑動的穩(wěn)定分析3 深層滑動的穩(wěn)定分析4 水對土坡穩(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 概述巖體崩塌過程示意圖下面是幾個巖土體滑坡

2、過程的模擬圖：8.1 概述滑坡過程示意圖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，相對于另一部分土體滑動8.1 概述2造成滑坡的原因二. 滑坡(1)滑動力增大： 在坡頂堆載、修建建筑物和車輛行駛；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、滲透力和地震力對土坡的作用等。(2)抗滑力減?。?土的抗剪強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？假定一滑動面計算滑坡體的滑動力和抗滑力土坡穩(wěn)定安全系數(shù)搜索最小安全系數(shù)的滑動面確定滑動面形狀8.1 概述3滑動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 滑動面的形狀按塑性理論分析為對數(shù)螺旋曲 面，在計算中通常以圓弧面代替。8.2 表層滑動的穩(wěn)定性分析土坡對象：無粘性土破壞形式：表面淺層滑坡強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角考察一無限長坡，坡角為分析一微單元A砂性土的土坡穩(wěn)定分析1）微單元A自重: W=V2)沿坡滑動力：3)對坡面壓力： (由于無限土坡兩側(cè)作用力抵消) 4）抗滑力： 5)抗滑安全系數(shù)： RNWANWTaWRN一. 無滲流的無限長土坡當 K1時 穩(wěn)定 即 K1時 失穩(wěn) 即 K=1 時 臨界狀態(tài) 即= 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析無滲流的無限長土坡

4、討論當=時，K=1.0，天然休止角可見安全系數(shù)與土容重、坡高無關(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)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地下水流動方向 8.2 砂性土的土坡穩(wěn)定分析注：意味著原來穩(wěn)定的坡，有沿坡滲流時可 能破壞討 論 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)aWTN

5、Alh二.有沿坡滲流情況與無滲流比較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)邊坡對象：無粘性土土坡破壞形式：表面淺層滑坡分析方法：考慮為無限長坡安全系數(shù)：土層性質(zhì)：粘性土、土質(zhì)均勻強度參數(shù)：粘聚力C，內(nèi)摩擦角破壞形式：實際滑坡表明，對于粘性、均勻土坡，在平面應(yīng)變條件下，其滑動面與圓弧（圓柱面）近似。OR 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 深層滑動的穩(wěn)定性分析一、概述條分法對非均質(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，采用圓弧滑動面分析土坡穩(wěn)定性。此后費倫紐斯(W.Fellenius,1927)和泰勒(D.W.Taylor,19

6、48)又做了一些改進?？傮w說有兩種分析方法：（1）整體圓弧滑動法（2）條分法主要適用于均質(zhì)簡單土坡。所謂簡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。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1、分析計算方法 均質(zhì)土 二維 圓弧滑動面 滑動土體呈剛性轉(zhuǎn)動 在滑動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O的力矩平衡）(1) 滑動力矩：(3) 安全系數(shù)：當=0（粘土不排水強度）時， (2) 抗滑力矩：fWROBaAC為AC弧長二、圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析討論:(1)當0時，

7、n是L(x,y)的函數(shù)，無法 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 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析1原理一個簡化解決方法是將滑動土體分成條條分法。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，無法求理論解，是 一個邊值問題，應(yīng)通過數(shù)值計算解決。實際是一種離散化計算方法。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由前一個土條計算得出,E

8、i1、 Fi1 、hi1未知；可見，作用在土條上的作用力有5個未知數(shù)，可以建立3個平衡方程，故為靜不定問題。（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)定分析簡化計算方法：1.不考慮土條間的作用力，或只考慮其中的一個；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。此時土條上的作用力僅有自重和滑動面上的兩個分力。2計算方法：計算土條自重將土條自重分解

9、四. 簡單條分法（瑞典條分法） 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析滑動面上土的抗剪強度為：計算滑動力矩和穩(wěn)定力矩: 計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 對于均質(zhì)土坡 四. 簡單條分法（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，只滿足力矩平衡，不滿足靜力平衡。瑞典簡單條分法的討論 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 畢肖普（A.W.Bishop）1955年提出的一種簡化計算方法 。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)定了滑動面上切向力的大小。五、畢肖普（Bishop）法為了改進條分法的精度，許多人都認為應(yīng)該考慮土條間的作用力超靜定問題。 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析 8.3粘性土土坡穩(wěn)定分析最危險滑弧位置的確定： 以上是對一個假設(shè)滑弧求得的穩(wěn)定安全系數(shù)，為找到最危險的滑弧，應(yīng)假設(shè)一系列滑弧通過試算求得最小安全系數(shù)1.費倫紐斯的確定方法 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，美國肯塔基州立大學(xué) 陳惠發(fā)根據(jù)大量計算經(jīng)驗指出，最危險滑弧兩端距坡頂點和坡腳各為0.1n*H處，且最危險滑弧中心位于fd線的垂直平分線上。亦可通過試算法確定。2.陳惠發(fā)的經(jīng)驗法 8.3 粘性土土坡穩(wěn)定分析一、土的抗剪強度指標及安全系數(shù)的選用8. 4 水對邊坡穩(wěn)定的影響從本質(zhì)上講，水的浸入將使土的抗剪強度指標降低、有效應(yīng)力減小，土體抗滑動能力減小，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。 土體的抗剪強度參數(shù)的恰當選取是影響土坡穩(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。浸潤線以下部分應(yīng)考慮水的浮力作用，采用浮重度，動水可按下式計算:二、有水滲流時的土坡穩(wěn)定計算A浸潤線以下部分面積，即動