《土坡稳定分析》PPT课件

土坡稳定分析Stabilityanalysisofsoilslopes,第1节概述,第2节无粘性土土坡的稳定分析,第3节粘性土土坡的稳定分析,第4节总应力法与有效应力法,第5节工程实际中的边坡稳定问题,土坡稳定分析,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？,一.土坡：具有倾斜面的土体,1天然土坡,第1节概述,江、河、湖、海岸坡,一.土坡：具有倾斜面的土体,1天然土坡,山、岭、丘、岗、天然坡,第1节概述,一、土坡：具有倾斜面的土体,2人工土坡,挖方：沟、渠、坑、池,露天矿,第1节概述,一、土坡：具有倾斜面的土体,2人工土坡,填方：堤、坝、路基、堆料,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,1、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,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,云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡开挖,江岸崩塌滑坡渗流,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,1989年1月8日坡高103m。地质：流纹岩中有强风化的密集节理，包括一个小型不连续面。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,坝体内浸润线太高,西藏易贡巨型滑坡,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=280-300106m3天然坝：坝高=290m,库容=1534106m3地质：风化残积土。险情：湖水以每日0.5m速度上升。,滑坡后缘高程5520m,城市中的滑坡问题（香港，重庆）,1概述,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),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Fs是这样定义的，将土的抗剪强度指标降低为c/Fs,tan/Fs,则土体沿着此滑裂面处处达到极限平衡，即抗滑强度按下式计算时，滑裂面上处处达到极限平衡：=ce+tanece=c/Fs；tane=tan/Fs亦即：极限平衡方程：,第二节无粘性土土坡的稳定分析,第2节无粘性土土坡的稳定分析,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,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：,抗滑安全系数：,第2节无粘性土土坡的稳定分析,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节无粘性土土坡的稳定分析,二.有沿坡渗流情况,(3)抗滑力：,(2)滑动力：,1沿坡渗流无限长砂土坡安全系数,(4)安全系数：,第2节无粘性土土坡的稳定分析,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,2.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节无粘性土土坡的稳定分析,三.部分浸水无粘性土坡,1、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节无粘性土土坡的稳定分析,三.部分浸水无粘性土坡,力平衡法（极限平衡法的一种）：只考虑主矢等于零，不考虑力矩平衡。假设安全系数为Fs，土体沿滑裂面AD、DC滑动（极限平衡），考虑两个方向的力平衡：Fx=0;Fy=0未知量有三个：N1、N2、Fs超静定问题,水位,第2节无粘性土土坡的稳定分析,三.部分浸水无粘性土坡,将滑动土体从折点处竖直分成两块，有四个平衡方程：Fxi=0;Fyi=0，i=1,2未知量有五个N1、N2、Fs、P1，仍为超静定。需要引入假定，如假定P1平行DC,第2节无粘性土土坡的稳定分析,三.部分浸水无粘性土坡,分析BCDE块的平衡：P1+T1/FsW1sin1=0P1=W1sin1(W1cos1tg1)/Fs1为水位以上土的内摩擦角。分析EDA沿AD的滑动稳定性：将P1、W2沿AD分解为切向力和法向力，算出滑动力与抗滑力，则设沿CD和AD的安全系数相等：Fs=抗滑力/滑动力,1,第2节无粘性土土坡的稳定分析,2,第2节无粘性土土坡的稳定分析,三.部分浸水无粘性土坡,1,2,2为水位以下土的内摩擦角。代入P1，解出安全系数。AD、CD是任意假定的，必须假定各种不同水位、各种折角1、2进行许多个滑动面计算，以确定最危险水位和最不利滑动面位置，得到最小安全系数，才是边坡真正的稳定安全系数。计算量很大。,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：考虑为无限长坡国际滑坡会议网址,第2节无粘性土土坡的稳定分析,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：考虑为无限长坡国际滑坡会议网址,第2节无粘性土土坡的稳定分析,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。,3粘性土坡的稳定分析,3粘性土坡的稳定分析,1瑞典圆弧法2瑞典条分法3简化Bishop条分法4普遍条分法(Janbu法),3粘性土坡的稳定分析,思考题：为什么粘性土坡通常不会发生表面滑动？,圆弧滑动法由瑞典工程师提出的。冰川沉积厚层软粘土,3粘性土坡-瑞典圆弧法,二、整体圆弧法(瑞典圆弧法),二、整体圆弧法(瑞典圆弧法),(一)分析计算方法1假设条件：,W,3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,二、整体圆弧法(瑞典圆弧法),3粘性土坡-瑞典圆弧法,.当0时，n是l(x,y)的函数，无法得到Fs的理论解,.其中圆心O及半径R是任意假设的，还必须计算若干组（O,R）找到最小安全系数最可能滑动面,3.适用于饱和粘土,二、整体圆弧法(瑞典圆弧法)-讨论,3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。一个简化解决方法是将滑动土体分成条条分法。实际是一种离散化计算方法,整体圆弧法：n是l(x,y)的函数,3粘性土坡-条分法基本原理,2.条分法中的求解条件,第i条土的作用力,3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个作用在条间上的力及作用点：PiHihi共3(n-1)个(两端边界是已知的)假设总体安全系数为Fs(且每条Fs都相等)Fs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,3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：y=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4n1个,2.条分法中的求解条件平衡方程,3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4n1个二者相差(2n-3),因而出现了不同的假设条件，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/2共2（n+1）个未知数其他方法：假设力作用点位置、条间力的假设,2.条分法中的求解条件讨论,3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：忽略了所有条间作用力，即：Pi=Hi=hi=03n-3ti=li/2n共计减去4n-3未知数未知数为2n+1,3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(n个),总体对圆心O的力矩平衡(1个),3粘性土坡-瑞典条分法,滑动力矩=抗滑力矩,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liWii,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4n1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，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,3粘性土坡-瑞典条分法,四、毕肖甫(Bishop)法,A,O,R,C,i,b,B,i,di,Ti,Ni,Wi,3粘性土坡-毕肖甫条分法,1.原理与特点,假设滑裂面为圆弧不忽略条间作用力在每条的滑裂面上满足极限平衡条件每条上作用力在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：未考虑各条水平向作用力及各条力矩平衡条件，实际上条件不够：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,3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),3粘性土坡的稳定分析,2安全系数公式,其中,3粘性土坡的稳定分析,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),3粘性土坡的稳定分析,五.普遍条分法(简布Janbu法),3粘性土坡的稳定分析,P1=P1P2=P1+P2=P1+P2Pi=Pi(i=1,j)Pn=Pi=0(i=1,n),2安全系数公式,计算比较繁杂,3粘性土坡的稳定分析,五.普遍条分法(简布Janbu法),3粘性土坡的稳定分析,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),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,3粘性土坡的稳定分析,五.普遍条分法(简布Janbu法),六.几种分析计算方法的总结,3粘性土坡的稳定分析,条分法小节,简布条分法,3粘性土坡的稳定分析,4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。,4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,4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计算对圆心取矩,4边坡稳定分析的总应力法与有效应力