土力学课件(清华大学)7.ppt

第七章土坡稳定分析Stabilityanalysisofsoilslopes Crest Slopesurface toe 1概述 2无粘性土土坡的稳定分析 3粘性土土坡的稳定分析 4总应力法与有效应力法 第七章土坡稳定分析 作业 7 1 7 3 1为什么会发生边坡失稳2如何分析边坡稳定性3如何防治 治理 第1节概述 边坡分类 天然边坡Naturalslope人工边坡Engineeredslope土坡Soilslope岩石边坡Rockslope 第二章土坡稳定分析 为什么会发生边坡失稳土体沿滑动面达到了极限平衡状态 一 土坡 具有倾斜面的土体 1 天然土坡Naturalslope 江 河 湖 海岸坡 第1节概述 1 天然土坡 山 岭 丘 岗 天然坡 第1节概述 2 人工土坡Engineeredslope 挖方 沟 渠 坑 池 露天矿 第1节概述 2 人工土坡 填方 堤 坝 路基 堆料 第1节概述 天生桥一级面板堆石坝 2 人工土坡 第1节概述 堆石坝 2 人工土坡 第1节概述 堤防 2 人工土坡 第1节概述 二 滑坡Landslides 什么是滑坡 为什么会滑坡 一部分土体在外因作用下 相对于另一部分土体滑动 第1节概述 二 滑坡 1 滑坡的危害 滑坡是重大自然灾害 岩土 我国是滑坡灾害频发的国家2008年在西安召开第十届国际滑坡与工程边坡会议 组委会主席陈祖煜教授 第1节概述 二 滑坡的形式 第1节概述 二 滑坡 2 造成滑坡的原因 降雨 蓄水 使岩土软化 坝背水坡浸润线 存在渗透力 1 振动 地震 爆破 2 土中含水量和水位变化 3 水流冲刷 使坡脚变陡 4 冻融 冻胀力及融化含水量升高 5 人工开挖 基坑 船闸 坝肩 隧洞出入口 第1节概述 地震引发的滑坡 第1节概述 暴雨与地震引发泥石流 菲律宾 2006年2月17日菲律宾中东部莱特省因连日暴雨和南部地区里氏2 6级轻微地震 爆发泥石流致近3000人遇难 第1节概述 滑坡泥石流 紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡 开挖 第1节概述 云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡 开挖 第1节概述 江岸崩塌滑坡 渗流 第1节概述 三峡库区滑坡问题 蓄水造成的滑坡 2001年 重庆市云阳县发生两次大型滑坡 其中武隆边坡失稳造成79人死亡 国务院拨款40亿元用于三峡库区地质灾害治理 第1节概述 1989年1月8日坡高103m 流纹岩中有强风化的密集节理 包括一小型不连续面 事故导致电站厂房比计划推迟一年 修复时安装了大量预应力锚索 漫湾滑坡 第1节概述 坝体内浸润线太高 第1节概述 西藏易贡巨型滑坡 第1节概述 西藏易贡巨型滑坡 时间 2000年4月9日规模 坡高3330m 堆积体2500m 宽约2500m 总方量 280 300 106m3天然坝 坝高 290m 库容 1534 106m3地质 风化残积土 险情 湖水以每日0 5m速度上升 第1节概述 滑坡后缘高程5520m 第1节概述 易贡滑坡堰塞湖 扎木弄沟 5520m 2264m 2340m 2210m 滑坡堆积 易贡茶厂 易贡巨型滑坡堰塞湖平面图 第1节概述 第1节概述 滑坡堰塞湖 易贡湖 第1节概述 湖水每天上涨50cm 第1节概述 城市中的滑坡问题 香港 重庆 香港1900年建市 1977年成立土力工程署港岛1972PoShan滑坡 20 000m3 67死 20伤 第1节概述 Early1972滑坡前 如何分析 判断 无粘性土坡 相对简单粘性土坡 复杂 安全系数的定义 土坡沿着某一滑裂面的安全系数F是这样定义的 将土的抗剪强度指标降低为c F tan F 则土体沿着此滑裂面处处达到极限平衡 即 c e etan ec e c Ftan e tan F 第2节无粘性土土坡的稳定分析Noncoehsivesoilslope 第2节无粘性土土坡 破坏形式 表面浅层滑坡强度参数 内摩擦角 考察一无限长坡 坡角为 分析一微单元A 由于无限土坡 微单元两侧作用力大小相等 方向相反 一 无渗流的无限长土坡 微单元A自重 W V 沿坡滑动力 对坡面压力 由于无限土坡两侧作用力抵消 抗滑力Resistance 抗滑安全系数 第2节无粘性土土坡 无渗流的无限长土坡讨论 当 时 Fs 1 0 天然休止角 可见安全系数与土容重 无关 与所选的微单元大小无关 即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数Fs都相等 思考题在干坡及静水下坡中 如 不变 Fs有什么变化 第2节无粘性土土坡 什么是滑坡 为什么滑坡 滑坡的形式 小结 无渗流的无限长土坡 小结 二 有沿坡渗流情况 3 抗滑力 2 滑动力 2 沿坡渗流无限长砂土坡安全系数 4 安全系数 第2节无粘性土土坡 二 有沿坡渗流情况 与无渗流比较 Fs减小近一倍注 意味着原来稳定的坡 有沿坡渗流时可能破坏 3 讨论 与所选 V大小无关 亦即在这种坡中各点安全系数相同 与容重有关 第2节无粘性土土坡 三 部分浸水无粘性土坡 部分浸水无粘性土坡与干坡 完全水下坡相比 安全性如何变化 坡面的稳定性相同深层滑动的可能性大 水位 A 第2节无粘性土土坡 三 部分浸水无粘性土坡 土体滑动 考虑两个方向的力平衡 Fx 0 Fy 0未知量有三个N1 N2 Fs超静定 第2节无粘性土土坡 将滑动土体分成两块 有四个平衡方程 Fxi 0 Fyi 0 i 1 2未知量有五个R1 R2 Fs P1 需要引入假定如 三 部分浸水无粘性土坡 第2节无粘性土土坡 分析BCDE块的平衡P1 W1sin 1 W1cos 1tg Fs代入EDA块的平衡方程 滑动力与抗滑力Fs 抗滑力 滑动力需要迭代 三 部分浸水无粘性土坡 第2节无粘性土土坡 四 无粘性土的非线性强度指标对滑动面的影响 无粘性土的非线性强度指标使滑动面发生在一定深度处 而非表面 五 无粘性土坡稳定性分析小结 破坏形式 表面浅层滑坡分析方法 考虑为无限长坡 第2节无粘性土土坡 3粘性土坡的稳定分析 强度参数 粘聚力c 内摩擦角 破坏形式 危险滑裂面位置在土坡深处 对于均匀土坡 在平面应变条件下 其滑动面可用一圆弧 圆柱面 近似 第3节粘性土坡的稳定分析 一瑞典圆弧法二瑞典条分法三简化Bishop条分法四普遍条分法 Janbu法 思考题 为什么粘性土坡通常不会发生表面滑动 3粘性土坡的稳定分析 第3节粘性土坡的稳定分析 圆弧滑动法由瑞典工程师提出的 冰川沉积厚层软粘土 第3节粘性土坡 瑞典圆弧法 一 整体圆弧法 瑞典圆弧法 一 分析计算方法1 假设条件 W 一 整体圆弧法 瑞典圆弧法 第3节粘性土坡 瑞典圆弧法 一 分析计算方法2 平衡条件 各力对O的力矩平衡 1 滑动力矩 3 安全系数 2 抗滑力矩 W 一 整体圆弧法 瑞典圆弧法 第3节粘性土坡 瑞典圆弧法 2 当 0时 n是l x y 的函数 无法得到Fs的理论解 1 其中圆心O及半径R是任意假设的 须计算若干组 O R 找到最小安全系数 最可能滑动面 3 瑞典圆弧法适用于饱和粘土 抗滑力矩 安全系数 第3节粘性土坡 瑞典圆弧法 二 条分法的基本原理及分析 1 原理 注 无法求理论解 是一个边值问题 应通过数值计算解决 简化解决方法是将滑动土体离散化成土条 条分法 第3节粘性土坡 条分法基本原理 抗滑力矩 2 条分法中的求解条件 第i条土的作用力 第3节粘性土坡 条分法基本原理 Wi是已知的作用在土条体底部的力与作用点NiTiti共3n个作用在条间的力及作用点 PiHihi共3 n 1 个 两端边界是已知的 假设总体安全系数为FsFs共1个未知数合计 3n 3 n 1 1 6n 2 n条土条的未知量数目 2 条分法中的求解条件 第3节粘性土坡 条分法基本原理 各条 水平向静力平衡条件 x 0共n个垂直向静力平衡条件 z 0共n个力矩平衡条件 M0 0共n个n个土条底面上满足极限平衡条件 共n个整体力矩平衡1个 求解条件共4n 1个 2 条分法中的求解条件 平衡方程 第3节粘性土坡 条分法基本原理 由于未知数为6n 2个求解条件为4n 1个二者相差 2n 3 不同的假设条件 对应不同计算方法整体圆弧法 n 1 6n 2 4个未知数 4个方程简单 瑞典 条分法Pi Hi hi 0 ti li 22 n 1 个未知数其他方法 假设条间力的假设 2 条分法中的求解条件 讨论 第3节粘性土坡 条分法基本原理 三 简单条分法 瑞典条分法 1 基本原理 忽略所有条间作用力 即 Pi Hi hi 03n 3ti li 2n共计减去4n 3未知数未知数为2n 1 第3节粘性土坡 瑞典条分法 2 安全系数计算 Ni方向静力平衡 n个 求解方程 2n 1 个 滑动面上极限平衡条件 n个 第3节粘性土坡 瑞典条分法 3简单条分法计算步骤 圆心O 半径R 如图 分条 b R 10 编号 过圆心垂线为0条中线 列表计算liWi i 变化圆心O和半径R Fs最小 END 4 瑞典简单条分法的讨论 由于忽略条间力 有4n 1个平衡条件 实际用2n 1个 有些平衡条件不能满足 忽略了条间力 所计算安全系数Fs偏小 越大 条间力的抗滑作用越大 Fs越偏小 假设圆弧滑裂面 有时与实际滑裂面有差别 一般情况下 Fs偏小10 左右工程应用中偏于安全 第3节粘性土坡 瑞典条分法 四 毕肖甫 Bishop 法考虑条间力 A O R C i b B i di Ti Ni Wi 第3节粘性土坡 毕肖甫条分法 1 原理与特点 假设滑裂面为圆弧每条滑裂面上满足极限平衡条件每条作用力在y方向 竖直 上静力平衡总体对圆心O力矩平衡 DPi不出现 注 未考虑各条间水平力及各条力矩平衡 条件不够 缺 Hi 共 n 1 个条件设 Hi 0则条件够了 简化Bishop法 忽略条间切向力 第3节粘性土坡 毕肖甫条分法 求解条件 平衡条件 2n 1未知数 6n 2 1 由于法向力平衡Pi Pi 不出现 n 1 2 不计各条力矩平衡ti及hi 2n 1 3 假设 Hi 0 不计条间切向力 n 1 第3节粘性土坡 毕肖甫条分法 2 安全系数公式 第3节粘性土坡 毕肖甫条分法 等式左右都有安全系数 需要迭代 3毕肖甫法计算步骤 圆心O 半径R 设Fs 1 0 计算mqi YES Fs最小 END 计算 No YES No 五 普遍条分法 简布Janbu法 第3节粘性土坡 普遍条分法 任意形状滑裂面 对O点的力矩平衡求 Hi和 Pi的关系 五 普遍条分法 简布Janbu法 第3节粘性土坡 普遍条分法 五 普遍条分法 简布Janbu法 P1 P1P2 P1 P2 P1 P2Pi Pi i 1 j Pn Pi 0 i 1 n 第3节粘性土坡 普遍条分法 2 安全系数公式 计算比较繁杂 五 普遍条分法 简布Janbu法 第3节粘性土坡 普遍条分法 1 特点 1 任意形式滑裂面 不一定圆弧 2 满足各条X Z静力平衡满足各条力矩平衡满足整体力矩平衡 五 普遍条分法 简布Janbu法 第3节粘性土坡 普遍条分法 六 几种分析计算方法的总结 第3节粘性土坡的稳定分析方法总结 条分法小节 简布条分法 第3节粘性土坡的稳定分析方法总结 什么是滑坡 为什么滑坡 滑坡的形式 小结 无渗流的无限长土坡 小结 粘性土条分法 小结 第4节边坡稳定分析的总应力法与有效应力法 土体的抗剪强度参数的恰当选取是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要因素 原则 1 尽可能采用有效应力方法 2 试验条件尽量符合土体的实际受力和排水条件 第4节边坡稳定分析的总应力法与有效应力法 有效应力法 使用有效应力强度指标c 总应力法 使用总应力强度指标cu或ccu cu 一 两种分析法 有效应力法 使用有效应力强度指标c 总应力法 使用总应力强度指标cu或ccu cu 第4节边坡稳定分析的总应力法与有效应力法 二 稳定渗流期土坝堤防抗滑安全系数 1 以土体 颗粒 孔隙水 整体取为隔离体2 以瑞典简单条分法为例 不计条间力3 计算安全系数 对圆心取矩 第4节边坡稳定分析的总应力法与有效应力法 Wi自重计算 h1天然容重bh1 h2饱和容重bh2 sat h3浮容重bh3 条底孔压lht w h1 ht 下游水位 D h2 h3 二 稳定渗流期土坝抗滑安全系数 第4节边坡稳定分析的总应力法与有效应力法 等势线 三 土坝施工期边坡稳定分析 对于均质粘性土坝1 总应力法 用不排水强度指标Cu u2 有效应力法 1 确定土坝中超静孔隙水压力 由于其中大小主应力大致成比例 第4节边坡稳定分析的总应力法与有效应力法 二 土坝施工期边坡稳定分