岩质边坡稳定性分析原理与方法T数值分析

E-mail:wenjiexu@徐文杰清华大学水利系第12章岩质边坡稳定性分析原理与方法—数值分析法1.极限平衡法1989漫湾滑坡2000年3月九江大堤边坡失稳2008.5.12唐家山滑坡2000.4.9西藏易贡滑坡1.极限平衡法极限平衡法基本思路：假定岩土体破坏时是由于滑体沿滑动面发生滑动而造成的，通常根据作用于滑动面上滑动块体的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比，求该块体的稳定系数。分析岩体和土体稳定时假定一破坏面,取破坏面内土体,为脱离体计算出作用于脱离体上的力系达到静力平衡时的下滑力（T）,与破坏面实际所能提供的岩土的抗力相比较（S）,以求得稳定性安全系数（Fos）,或根据所给定的安全系数求允许作用外荷载的方法.极限平衡法是岩土体稳定重要分析方法之一，也是各行业规范所指定方法。1.极限平衡法红粘土边坡失稳堆积体边坡失稳-圆弧形滑坡ACB1.极限平衡法-单一结构面斜坡βαhHW只考虑重力作用下：L1.极限平衡法-单一结构面斜坡βαACBW考虑地下水静水压力作用下：hwPC’1.极限平衡法-单一结构面斜坡βαACBW考虑地震力作用：Pd1.极限平衡法-两组结构面构成滑体的斜坡W1ABCDαβL1L2CBDBDAW1T12W2W2T21c1,φ1c2,φ21.极限平衡法-两组结构面构成滑体的斜坡CBDBDCW1T12W2T211.极限平衡法-Sarma法Sarma1.极限平衡衡法-Sarma法Sarma法特点：：可根据滑滑体的地地质特性性、结构构面构造造，对滑滑体进行行按节理理构造的的斜分条条及不等等距分条条，使各各条块尽尽量模拟拟实际风风化岩体体；可较详尽尽地模拟拟侧面节节理、断断层造成成的滑体体强度特特征；滑体滑动动时，不不仅滑动动面上的的各种力力达到了了极限平平衡，侧侧面也达达到了极极限平衡衡。1.极限平衡衡法-Sarma法diZWi(XWi,YWi)(XTi,YTi)(XTi+1,YTi+1)(XWi+1,YWi+1)δiδi+1ZWi+1di+1(XBi,YBi)(XBi+1,YBi+1)biαiyx1.极限平衡衡法-Sarma法Ei+1EiTiNiUiPWi+1PWiXiWiKcWixyWi:第i条块重量量；PWi、PWi+1:作用在第i条块第i侧面和第第i+1侧面的水水压力；；Ui:第i条块底面面的水压压力；Xi、Xi+1:作用在第i条块第i侧面和第第i+1侧面的剪切力；Ni:第i条块底面面的正压压力；Ti:第i条块底面面的剪切切力；Ei、Ei+1:作用在第i条块第i侧面和第第i+1侧面的正正压力；；KcWi:假定滑块块承受水水平力使使滑体处处于临界界状态，，Kc为临界加速速度系数数。Xi+11.极限平衡衡法-Sarma法垂直方向力的平衡（1）水平方向力的平衡（2）1.极限平衡衡法-Sarma法据摩尔-库伦破坏准则（3a）（3b）（3c）1.极限平衡衡法-Sarma法假定两侧侧面力E,X处于极限限平衡状状态（4a）（4b）1.极限平衡衡法-Sarma法将(3a)、（3b）、（3c）、（4a）、（4b）代入（1）、（2）式中：Cbi、φbi为第i条块底面面抗剪切切强度指指标；Csi、φsi、Csi+1、φsi+1第i条块第i侧面、第第i+1侧面抗剪切强强度指标；1.极限平衡衡法-Sarma法……当i=1时，E2=a1-p1K当i=2时，E3=a2–p2K+E2e2……边界条件件：En+1=0临界加速速度系数数Kc可写成：：计算Kc：1.极限平衡衡法-Sarma法崔政权,李宁.边坡工程-理论与实践最新新发展[M].北京:中国水利水水电出版社社,1999.计算稳定系系数Fos：通过迭代求求得使得Kc等于0时的Fos，就是边坡坡在不考虑虑地震力作作用时的稳稳定性系数数。1.极限平衡法法-楔体稳定分分析方法1.极限平衡法法-楔体稳定分分析方法Hoek楔体稳定分分析方法E.Hoek,J.W.Bray.RockSlopeEngineering.1983.C.W.Ducan.RockSlopeEngineeringCivilandMining.2003.1.极限平衡法法-楔体稳定分分析方法1.极限平衡法法-楔体稳定分分析方法2.数值分析技技术在边坡坡稳定分析析中的应用用极限平衡法不足：可以得到边坡内部应力、应变特征征及变形破破坏机理；基于数值计计算的强度度折减法可可以得到边边坡的安全全系数，但但其工程实实用性有待待于进一步步研究。滑面确定有有很大的人为性和随随机性；无法考虑边坡内内部的应力力场问题，而且无法对对边坡的变变形破坏模模式作出判判定。数值分析法法优点：可以研究多多种复杂工工况下的边边坡稳定性性问题及破破坏机制；；2.数值分析技技术在边坡坡稳定分析析中的应用用2.数值分析技技术在边坡坡稳定分析析中的应用用2.数值分析技技术在边坡坡稳定分析析中的应用用2.数值分析技技术在边坡坡稳定分析析中的应用用3.水利工程边边坡级别划划分及稳定定性要求边坡级别确定考虑因素对建筑物安安全和正常常运用的影影响程度对人身和财财产安全的的影响程度度边坡失事后后的损失大大小边坡规模大大小边坡所处位位置临时边坡还还是永久边边坡社会和环境境因素4.水利工程边边坡级别划分及稳定定性要求边坡的级别与水工建筑物级别的对照关系水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边边坡级别划分及稳定定性要求1）临水边坡：水库水位处处于正常蓄蓄水位和设设计洪水位位与死水位位之间的各各种水位及及其经常性性降落；除校核洪水水以外各种种情况下的的水库下游游水位及其其经常性降降落；水道边坡的的正常高水水位与最低低水位之间间的各种水水位及其经经常性降落落。水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边边坡级别划分及稳定定性要求2）不临水边边坡：工程投入运用用后经常发发生或持续续时间长的的情况。水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边边坡级别划分及稳定定性要求施工期临水边坡的的水位非常常降落校核洪水位位及其水位位降落由于降雨泄泄水雨雾和和其他原因因引起的边边坡体饱和和及相应的地下水位位变化正常运用条条件下边坡坡体排水失失效水利工程边坡安全系数标准4.水利工程边边坡级别划分及稳定定性要求非常运用条条件应为正正常运用条条件下遭遇遇地震作业部位倾向（°）倾角（°）粘聚力（kPa)内摩擦角（°）结构面J11154523.920结构面J22357047.830后缘拉裂缝16570长度：12.19m坡面18565坡顶面19512采用结构分分析法及Hoek法计算分析析楔形体边坡稳定性性：注：1.程序实现：：相关计算通通过Python程序实现,并绘制三维维边坡模型型。2.计算工况：分别考虑虑后缘拉裂裂隙充