土质边坡破坏模式与稳定性计算公式.ppt

土质边坡破坏模式与稳定性计算公式 主讲人 ppt制作与资料汇总 资料收集 一 土质边坡的结构类型 1 二 土质边坡破坏形式及破坏机理 2 三 均质土边坡各种破坏模式 3 四 稳定性影响因素分析 4 五 稳定性分析与计算 5 目录 CONTENTS 土质边坡 泛指具有倾斜面的土体 根据土体结构可分为三类 一 土质边坡的结构类型 我们目前遇到的大部分是均质土边坡 根据物质的不同均质土边坡又可以分为 一般粘性土边坡 黄土边坡 砂性土边坡 软土边坡和膨胀土边坡 1 整体失稳 崩塌 滑坡 坍塌 二 土质边坡破坏形式及破坏机理 崩塌 滑坡 1 整体失稳 坍塌 2 坡面破坏 坡面侵蚀 剥落 坡面侵蚀 1 各种破坏形式形成条件及岩土结构 三 均质土边坡各种破坏模式 2 土质边坡破坏机理 三 均质土边坡各种破坏模式 边坡的失稳破坏主要是由于边坡内所受的应力超过岩土体或结构面的强度 从而导致边坡结构破坏 边坡变形表现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式 具体破坏机理见下表 3 均质土边坡各种破坏模式 三 均质土边坡各种破坏模式 三 均质土边坡各种破坏模式 根据上表 可以看出土质边坡影响稳定性的因素主要是土体强度和水的作用 而产生的破坏形式以滑坡为多 崩塌和坍塌是开挖边坡过程中常见的 该处应该加上坡高 坡角 坡形的影响 3 均质土边坡各种破坏模式 内在因素 指开挖边坡 坡脚附近出现剪应力集中带 坡顶和坡面的一些部位可能出现张应力区 可直接引起边坡变形破坏 岩土的成因类型 组成的矿物成分 岩土结构和强度 是决定边坡稳定的重要因素 结构类型 结构面形状 与坡面的关系是边坡稳定的控制因素 临空面 坡高 坡度 坡面形状等直接与边坡稳定性有关 初始应力 岩土体性质 岩土体结构和构造 地形地貌及临空条件 四 稳定性影响因素分析 时间因素 岩土体的流变性质是影响边坡稳定及边坡加固措施的一个重要因素 人为因素 边坡的不合理设计 开挖或加载 大量施工用水的渗入及爆破等都能造成边坡失稳 地震 地震作用除了岩土体受到地震加速度的作用而增加下滑力外 在地震作用下 岩土中的孔隙水压力增加和岩土体强度降低都对边坡的稳定不利 风化作用 风化作用使岩土的强度减弱 裂隙增加 影响斜坡的形状和坡度 水的作用 水的入渗使岩土体质量增大 岩土因被软化而抗剪强度降低 并使孔 裂 隙水压力升高 四 稳定性影响因素分析 外在因素 四 稳定性影响因素分析 A B C 岩土强度参数 粘聚力和内摩擦系数是边坡稳定性的敏感因素 稳定系数K随粘聚力C和内摩擦系数tan 的增大均呈线性增大 变化明显 结构面强度参数 边坡岩土体中的结构面对边坡稳定性影响较大 边坡稳定系数K随结构面粘聚力c和内摩擦系数tan 的增大均呈对数关系增大 变化较明显 结构面的强度与结构面的贯通度及面内填充物相关 不同土层面间的粘聚力和内摩擦角怎么确定 结构面倾角 结构面的存在 降低了土体的整体强度 增大了坡体的变形性能 加强了土体的流变力学特性 加深了岩土体的不均匀性 各向异性和非连续性等性质 边坡的稳定系数随接触面倾角的增大而减小 稳定系数与接触面倾角的tan值呈线性关系 1 内在因素 四 稳定性影响因素分析 坡高 边坡稳定性随坡高的增加成幂函数减小 在20m以下边坡的稳定性变化较大 坡高大于20m 稳定系数的变化趋势趋缓 坡高对边坡稳定性的影响较大 属于敏感因素 随着坡高的增大 边坡发生破坏时位移和应变急剧增加 发生突变 由此可将其视为坡体即将发生破坏的依据 坡度 坡度对边坡的稳定性影响最大 边坡的稳定系数随坡度增大呈幂函数减小 坡度小于50 时变化较大 大于50 变化趋缓 随着坡度的增大 坡体位移与剪应变急剧增加 发生突变 由此可将其视为坡体即将发生破坏的判据 坡形 边坡开挖时阶梯型边坡比一坡到顶的边坡稳定性好 并且台阶越宽 台阶数越多稳定性越好 设计时结合造价和旅工难易程度进行取舍 坡表形态中 微凹型 直线型 微凸型边坡稳定性依次减小 1 内在因素临空条件 水对土体有软化作用 会使土体的抗剪强度降低 而且还会对结构面起到润滑作用 2 外 在 因 素 在土体结构面中会形成一定的地下静水压力 随着时间的推移会促使滑面变形而使土体失稳 会产生冻胀现象 所以水文条件也是影响边坡稳定性的重要因素 增加了土体的重度 也就增加了土体的下滑力 当水发生渗流时会产生动水压力 四 稳定性影响因素分析 水文条件 对边坡产生影响的水主要是地下水和地表水 其影响情况主要是指 2 外在因素地震 地震作用对边坡的稳定性不利 主要是由于地震力的水平分力 在横波的作用下 使边坡岩土体产生向临空面的拉力 易造成边坡失稳破坏 另外 地震可能引起砂土液化 地下水位骤变 坡体应力急剧改变 岩土体松动等多种不利因素 所以地震造成边坡失稳的情况非常复杂 要做到合理的防护 还有待开展更多的地震工程的研究 地震的发震时间 地点及地震震级都是很难准确预测人为因素 人为因素的影响主要考虑施工步骤对边坡稳定性产生的影响 主要是坡形 四 稳定性影响因素分析 1 直线滑动面法 松散的砂类土边坡 渗水性强 粘性差 边坡稳定主要靠其内摩擦力 失稳土体的滑动面近似直线状态 故直线滑动面法适用于砂类土 如下图所示 验算时 先通过坡脚或变坡点假设一直线滑动面 将边坡斜上方分割出下滑土楔体ABD 沿假设的滑动面AD滑动 其稳定系数K按下式计算 按边坡纵向单位长度计 五 稳定性分析与计算 1 直线滑动面法 2 圆弧滑动面条分法 瑞典圆弧滑动面条分法是将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条 对作用于各土条上的力和力矩平衡分析 求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数 该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响 因此是条分法中最简单的一种方法 首先要确定最危险滑动圆弧的形状 即首先要找出最危险滑动圆弧的滑动圆心 然后找坡角圆即可画出最危险滑动圆弧 欲找出K值最小的最危险滑动圆弧 可根据不同的土质采用不同的方法 最危险的滑动圆弧为坡脚圆 可按下述步骤求最危险滑动圆弧的滑动圆心 a 根据坡角 查出坡底角 1和坡顶角 2b 在坡底和坡顶分别画出坡底角和坡顶角 两线的交点即最危险滑动圆弧的滑动圆心 内摩擦角 0的高塑性粘土 1 4 5H法 内摩擦角 0的土可按4 5H法或36 线法确定 a 根据上法找出圆心O b 通过坡脚E垂直向下引一线段F 高度为坡高H 通过F点水平向右量一距离等于4 5H 确定M点 c 在MO连线上找若干点做为圆心 画出坡脚圆 计算K值最小的O点也就是最危险的滑移面 2 36 线法 内摩擦角 0的土 a 考虑上部荷载时 E点选在换算土柱的顶部b 不考虑上部荷载时 E点选在边坡顶部 1 通过坡脚任意选定一个可能的圆弧滑动面AB 其半径为R 将滑动土体分成若干个垂直土条 其宽度一般为2 4m 通常分8 10个土条 可结合横断面特征 如分在边坡或地面变化点处 以便简化计算 2 计算每个土条的土体重Q 引至滑动圆弧验算面上并分解为 切向分力T Qisin 法向分力N Qicos 3 以圆心O点为转动圆心 半径R为力臂 计算滑动面上各力对O点的滑动力矩 但应注意OY轴右侧的Ti为正 左侧为负 因此滑动力矩为M滑 Ti Ti R 4 以O点为圆心 计算滑动面上各力对O点的抗滑力矩 M抗滑 Nif cLi R5 求稳定系数K