边坡稳定性评价

3.1边坡稳定性分析概述

3.2土质边坡稳定性分析

3.3岩质边坡稳定性分析

3.4规范的一些规定

第三章

边坡稳定性分析

1边坡稳定性分析定性方法

2边坡稳定性分析定量方法

3边坡稳定极限平衡分析的条分法§3.1边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析方法简介对于大型或地质条件复杂的边坡，其稳定性分析一般分两阶段(定性+定量)进行。

第—阶段(定性)

，对初勘所取得的地质资料进行研究，由于这阶段试验资料少，多用定性分析对边坡稳定性作出估计，分析时应按不同的构造区段及边坡的不同方位分别进行；

第二阶段(定量)

，对经上阶段分析认为是不稳定的或不满足规范安全系数要求的边坡进行详勘，取得包括岩土或软弱结构面强度、地下水流和水压等方面的资料后，经定量分析对边坡稳定性作出判断。§3.1边坡稳定性分析概述对于新设计的大型边坡，根据建筑设计对边坡的要求及边坡的荷载情况，分别预选2～3个坡角并按坡高段进行稳定性验算，作出包括开挖、支护费用在内的技术经济比较，然后从中选出最优的坡角、坡形。目前，针对不同类型的边坡，已经提出一种或多种分析方法。在具体应用中，根据具体边坡工程地质条件，选取一种或几种方法进行综合分析。§3.1边坡稳定性分析概述分析方法理论依据及假设适用条件1.工程类比法－较为简单的中、小型边坡2.赤平极射投影(图解法)－受一组或几组结构面控制的边坡定性方法包括地质分析法(历史成因分析、过程机制分析)、工程地质类比法、图解法、边坡稳定专家系统等§3.1边坡稳定性分析概述(1)地质分析法(历史成因分析法、过程机制分析法)根据边坡的地形地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势及其破坏方式，从而对边坡的稳定性做出评价；对已发生过滑坡的边坡，则判断其能否复活或转化。§3.1边坡稳定性分析概述

定义：该法是将已有的天然边坡或人工边坡的研究经验(包括稳定的或破坏的)，用于新研究边坡的稳定性分析，如坡角或计算参数的取值(如坡率法)、边坡的处理措施等。类比法具有经验性和地区性的特点，应用时必须全面分析已有边坡与新研究边坡两者之间的地貌、地层岩性、结构、水文地质、自然环境、变形主导因素及发育阶段等方面的相似性和差异性，同时还应考虑工程的规模、类型及其对边坡的特殊要求等。(2)工程地质类比法(定性)§3.1边坡稳定性分析概述根据经验，存在下列条件时对边坡的稳定性不利：边坡及其邻近地段已有滑坡、崩塌、陷穴等不良地质现象存在。岩质边坡中有页岩、泥岩、片岩等易风化、软化岩层或软硬交互的不利岩层组合。土质边坡中裂隙发育、有软弱夹层，或边坡由膨胀土等不良岩土构成。软弱结构面与坡面倾向一致且结构面倾角小于坡角，或基岩面倾向坡外且倾角较小。地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动；断层及裂隙中有承压水出露。水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水力的强烈作用。边坡处于强震区或邻近地段采用大爆破施工。§3.1边坡稳定性分析概述注意：采用工程地质类比法选取的经验值(如坡角、计算参数等)仅能用于地质条件简单的中、小型边坡。下表是可供选取的边坡坡度容许值。岩质和土质边坡允许坡度值(道路规范)岩土类别岩土性质允许坡度值(高宽比)坡高<8m坡高8～15m坡高15～30m硬质岩石微风化中等风化强风化1:0.10~1:0.201:0.20~1:0.351:0.35~1:0.501:0.20~1:0.351:0.35~1:0.501:0.50~1:0.751:0.35~1:0.501:0.50~1:0.751:0.75~1:1.00软质岩石微风化中等风化强风化1:0.35~1:0.501:0.50~1:0.751:0.75~1:1.001:0.50~1:0.751:0.75~1:1.001:1.00~1:1.251:0.75~1:1.001:1.00~1:1.50§3.1边坡稳定性分析概述坡高<5m坡高5～10m碎石土密实中密稍密1:0.35~1:0.501:0.50~1:0.751:0.75~1:1.001:0.50~1:0.751:0.75~1:1.001:1.00~1:1.25粉土Sr≤0.51:1.00~1:1.251:1.25~1:1.50粘性土坚硬硬塑1:0.75~1:1.001:1.00~1:1.251:1.00~1:1.251:1.25~1:1.50坡高<6m坡高6～12m坡高12～20m坡高20～30m黄土次生坡积黄土θ4次生洪积冲积黄土θ4马兰黄土θ3离石黄土θ2午城黄土θ11:0.50~1:0.751:0.20~1:0.401:0.30~1:0.501:0.10~1:0.301:0.10~1:0.201:0.50~1:1.001:0.30~1:0.601:0.40~1:0.601:0.20~1:0.401:0.20~1:0.301:0.75~1:1.251:0.50~1:0.751:0.60~1:0.751:0.30~1:0.501:0.30~1:0.401:0.75~1:1.001:0.75~1:1.001:0.50~1:0.751:0.40~1:0.60注：使用本表时应考虑地区性水文、气象等条件，结合具体情况予以修正。本表不适用于岩层层面或主要节理面有顺坡向滑动可能的边坡。土的饱和度Sr：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示.饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。§3.1边坡稳定性分析概述(3)图解法①用一定的曲线和图图形来表征边坡有有关参数之间的定定量关系，由此求出边坡稳稳定性系数，或已已知稳定系数及其其它参数（f、c、r、结构面倾角、坡坡角、坡高）仅一一个未知的情况下下，求出稳定坡角角或极限坡高。这这是力学计算的简简化。图解法可以分为两两类：不同条件下均质岩岩坡坡高与坡角关系曲曲线§3.1边坡稳定性分析概概述②利用图解求边边坡变形破坏的边边界条件，分析软弱结构面的的组合关系，为力学计算创造造条件。常用的有有赤平极射投影分分析法及实体比例例投影法。赤平极射投影分析析法、实体比例投投影法与摩擦圆等方法用于岩质边坡的稳定分析，可快速、直观地分分辨出控制边坡的的主要和次要结构构面，确定出边坡坡结构的稳定类型型，判定不稳定块块体的形状、规模模及滑动方向。对用图解法判定为为不稳定的边坡，，需进一步用计算算加以验证。下面面简要介绍利用赤赤平极射投影图初初步判断边坡稳定定性。§3.1边坡稳定性分析概概述§3.1边坡稳定性分析概概述当结构面的倾向与与坡面倾向相反时时，边坡为稳定结构。当结构面的倾向与与坡面倾向基本一一致但其倾角大于于坡角时，边坡为为基本稳定结构。当结构面的倾向与与坡面倾向之间夹夹角小于30°且倾角小于坡角时时，边坡为不稳定结构。下图为1组结构面构成的边边坡赤平极射投影影1组结构面构成的边边坡(a)不稳定结构；(b)基本稳定结构；(c)、(d)稳定结构；(e)不稳定结构§3.1边坡稳定性分析概概述2组结构面构成的边边坡(a)不稳定结构；(b)基本稳定结构；(c)稳定结构下图为2组结构面构成的边边坡赤平极射投影影§3.1边坡稳定性分析概概述3组结构面构成的边边坡(a)不稳定结构；(b)基本稳定结构；(c)不稳定结构；(d)基本稳定结构；(e)稳定结构下图为3组结构面构成的边边坡赤平极射投影影§3.1边坡稳定性分析概概述工程地质领域最早早研制出的专家系系统是用于地质勘勘察的专家系统Propecter，由斯坦福大学于于70年代中期完成的。。在国内，许多单位位进行了相关研究究工作，并取得了了较多的成果。专家系统使得一般般工程技术人员在在解决工程地质问问题时能象有经验验的专家给出比较较正确的判断并做做出结论，因此，专家系统的的应用为工程地质质的发展提供了一一条新思路。(4)边坡稳定专家系统统§3.1边坡稳定性分析概概述实质是一种半定量量的方法，虽然评价结果表现现为确定的数值，，但最终判定仍依依赖人为的判断。目前，所有定量量的计算方法都是是基于定性方向之之上。极限平衡法在工程程中应用最为广泛泛，这个方法早期以以摩尔—库仑抗剪强度理论论为基础，将滑坡坡体划分为若干条条块(主要为垂直条分)，建立作用在这些些条块上的力的平平衡方程式，求解解安全系数。(1)极限平衡法§3.1边坡稳定性分析概概述定量分析方法垂直条分法就是将将滑动土体竖直分分成若干土条，把把土条当成刚体，，分别求作用于各各土条上的力对圆圆心的滑动力矩(或力)和抗滑力矩(或力)，然后求土坡的稳稳定安全系数。条间切向力§3.1边坡稳定性分析概概述极限平衡方法，没没有象传统的弹、、塑性力学那样引引入应力－应变关关系来求解本质上上为静不定的问题题，而是直接对某些多余未未知量作假定，使使得方程式的数量量和未知数的数量量相等，因而使问问题变得静定可解解。根据边坡破坏的边边界条件，应用力力学分析的方法，，对可能发生的滑滑动面，在各种荷荷载作用下进行理理论计算和抗滑强强度的力学分析。。通过反复计算和分分析比较，对可能的滑动面给出稳定定性系数。目前，刚体极限平平衡方法已经从二维发展到三维。§3.1边坡稳定性分析概概述刚体极限平衡分析析方法很多，在处处理上，各种条分分法在以下几个方方面引入简化条件：(a)对滑裂面的形状作作出假定，如假定定滑裂面形状为折折线、圆弧、对数数螺旋线等；(b)放松静力平衡要求求，求解过程中仅满满足部分力和力矩矩的平衡要求；(c)对多余未知数的数数值和分布形状做做假定。该方法比较直观、、简单，对大多数数边坡的评价结果果比较令人满意。。该方法的关键在于于对滑体的范围和滑滑面的形态进行分分析、正确选用滑滑面计算参数、正正确分析滑体的各各种荷载。基于该原理的方法法很多，如Bishop法、Janbu法、M-P法、不平衡传递系系数法等。§3.1边坡稳定性分析概概述极限平衡条分法对多余变量的简化假定瑞典条分法条块间无作用力，力矩平衡斯宾塞法条块间作用力为常数简化毕肖普法条块间只有水平力，力矩平衡詹布法(Janbu)假定了条间作用力作用点的位置传递系数法假定了条间作用力的方向(等于条块底面倾角)萨尔玛法假定条间也满足极限平衡条件，可以任意条分分块极限平衡法假定条间也满足极限平衡条件，但需垂直条分摩根斯坦––普赖斯法条间切向力(X)和法向力(E)之比与水平方向坐标之间存在一函数关系:X/E=λf(x)常见条分法及其相相应的假定陆军工程师团法、、罗厄法、通用(或称广义)Janbu法、GLE法等§3.1边坡稳定性分析概概述主要是利用某种方方法求出边坡的应力分布和变形情情况，研究岩体中应力力和应变的变化过过程，由此判断边边坡的稳定性。主主要有以下几种：：(2)数值分析方法①有限单元法（FEM）该方法是目前应用最广泛的的数值分析方法。其解题步骤已经经系统化，并形成成了很多通用的计计算机程序。其优点是部分地考虑了边坡坡岩体的非均质、、不连续介质特征征，考虑了岩体的的应力应变特征，因而可以避免将将坡体视为刚体、、过于简化边界条条件的缺点，能够够接近实际地从应应力应变分析边坡坡的变形破坏机制制，对了解边坡的的应力分布及应变变位移变化很有利利。§3.1边坡稳定性分析概概述②快速拉格朗日日有限差分法(FLAC)FLAC（FastLagrangianAnalysisofContinue）由美国ItascaConsultingGroup，Inc.为地质工程应用而而开发的连续介质显式有限限差分计算程序，主要适用模拟计算岩土土工程地质材料的的力学行为，特别别是材料达到屈服服极限后产生的塑塑性流动。FLAC程序建立在拉格朗朗日算法基础上，，特别适合模拟大变变形及扭曲变形。FLAC程序设有多种本构模型，可解算地质类材材料的高度非线性性(包括应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏、、粘弹(蠕变)、孔隙介质的固——流耦合、热——力耦合以及动力学行为等等。§3.1边坡稳定性分析概概述该方法只需对已知区的边边界极限离散化，因此具有输入数数据少的特点。由于对边界极限离离散，离散化的误误差仅来源于边界界，区域内的有关关物理量是用精确确的解析公式计算算的，故边界元法的计算精精度较高，在处理无限域方面面有明显的优势。其不足之处为：一一般边界元法得到到的线性方程组的的关系矩阵是不对对称矩阵，不便应应用有限元中成熟熟的对称矩阵的系列解解法。另外，边界界元法在处理材料的非线性性和严重不均匀的的边坡问题方面，远不不如有限元法。③边界单元法（BEM）§3.1边坡稳定性分析概概述是由Cundall（1971）首先提出的。该方法利用中心心差分法解析动态态松弛求解，为一一种显式解法，不需要求解大型矩矩阵，计算比较简便，，其基本特征在于于允许各个离散块块体发生平动、转转动、甚至分离，弥补了有限元法法或边界元法的介介质连续和小变形形的限制。因此，，该方法特别适合块裂介质质的大变形及破坏问问题的分析。其缺缺点是阻尼系数难以确定定等。离散单元法可以直直观地反映岩体变变化的应力场、位移场场及速度场等各个个参量的变化，可以模拟边边坡失稳的全过程程。④离散元法(UDEC---DEM)§3.1边坡稳定性分析概概述是由Goodman和Shi（1985）提出的，该方法利用拓扑学学和群论评价三维维不连续岩体稳定定性。该法建立在构造地地质和简单的力学学平衡计算的基础础上。利用块体理论能能够分析节理系统统和其它岩体不连连续系统，找出沿沿规定临空面岩体体的临界块体。块块体理论为三维分析方法，随着关键块体类类型的确定，能找出具有潜在危危险的关键块体在在临空面的位置及其分分布。块体理论不提供大变形下的的解答，能较好地应用于选择边坡开挖的方方向和形状。⑤块体理论(BT)§3.1边坡稳定性分析概概述无粘性土坡稳定性性分析边坡稳定极限平衡衡分析的条分法§3.2土质边坡稳定性分分析无粘性土坡稳定性性分析1）微单元A自重:W=V2）沿坡滑动力：3）对坡面压力：（由于无限土坡两两侧作用力抵消））4）抗滑力：5）抗滑安全系数：WTNa坡与水平夹角为砂土内摩擦角为WRNA§3.2土质边坡稳定性分分析破坏形式：表面浅浅层滑动当=时，Fs=1.0，天然休止角安全系数与土容重重无关与所选的微单元大大小无关思考：在干坡及静水下下坡中，如不变，Fs有什么变化坡内任一点或平行行于坡的任一滑裂裂面上安全系数Fs都相等§3.2土质边坡稳定性分分析有沿坡渗流情况降雨正常蓄水土坝下游游水位骤降的土坝上上游逸出段§3.2土质边坡稳定性分分析aWTNAWRN(1)自重：渗透力：（方向：平行于土土坡）(2)滑动力：(3)抗滑力：(4)抗滑安全系数：取微单元A，以土骨架为隔离体体：lhJJ§3.2土质边坡稳定性分分析讨论：W’T’NaAlhJ意味着原来稳定的的坡，有沿坡渗流流时可能破坏与所选V大小无关，亦即在在这种坡中各点安安全系数相同与容重有关

与无渗流比较Fs减小近一倍§3.2土质边坡稳定性分分析其它：(1)与坡面成一定角度度(2)垂直向内渗流wJ(3)部分浸水无粘性土土坡12(4)非线形强度指标的的影响§3.2土质边坡稳定性分分析粘性土坡的稳定分分析(边坡稳定极限平衡衡分析的条分法)破坏特点OR由于存在粘聚力C，与无粘性土坡不同同；其危险滑裂面位置置在土坡深处；对于均匀土坡，在在平面应变条件下下，其滑动面可用用一圆弧（圆柱面面）近似。思考：为什么粘性土坡通通常不会发生表面面滑动？§3.2土质边坡稳定性分分析1整体圆弧滑动法（（瑞典Petterson）2瑞典条分法（瑞典Fellenius）3毕肖普法（Bishop）4Janbu法5不平衡推力力传递法6Sarma方法7Spencer方法8Morgenstern-Price方法9陈祖煜的通通用条分法法计算方法：：§3.2土质边坡稳稳定性分析析1整体圆弧滑滑动法（瑞典圆弧法法）均质土二维圆弧滑动面面滑动土体呈呈刚性转动动在滑动面上上处于极限限平衡条件件假设条件OR§3.2土质边坡稳稳定性分析析ORCBA平衡条件（各力对圆圆心O的力矩平衡衡）(1)滑动力矩：：(3)安全系数：：当=0（粘土不排水强度）时，注：（其中是未知函数）(2)抗滑力矩：：dW§3.2土质边坡稳稳定性分析析B1OARH2均匀粘性土土坡=0时：最危险滑动动面确定§3.2土质边坡稳稳定性分析析《公路路基设设计手册·路基》§3.2土质边坡稳稳定性分析析讨论：ORdCBAW1当0时，n是l(x,y)的函数，无无法得到Fs的理论解2其中圆心O及半径R是任意假设设的，还必必须计算若若干组（O,R）找到最小安安全系数——最可能滑动动面3适用于饱和和软粘土，，即=0情况§3.2土质边坡稳稳定性分析析ORdCBAW2条分法的基基本原理及及分析源起整体圆弧法：n

是l(x,y)的函数思路离散化分条条分法AORC

ibB-2-101234567§3.2土质边坡稳稳定性分析析安全系数定定义AORC

ibB-2-101234567TiNi§3.2土质边坡稳稳定性分析析(1)极限平衡假假设：当坡体的强强度指标降降低F倍以后，坡坡体内存在在一达到极限平衡状状态的滑面，滑滑体处于临临界失稳状状态。其中中，F为坡体的安安全系数。。(2)条块刚性假假设：对滑体进行行条分后，，各条块为为刚性块体体，只发生生整体运动动而不产生生条块内部部的变形。。极限平衡重重直条分法法的基本假假设：§3.2土质边坡稳稳定性分析析极限平衡方方程的求解解：对于有n个条块的滑滑体来说，，在极限平平衡状态下下，滑体的未知知量有：(1)安全系数Fs，1个；(2)条块底面上上的法向力力Ni，切向力Si及合力作用用点，共3n个；(3)条分面上的的法向力Ei，切向力Xi及合力作用用点，共3n-3个；因此，整个个滑体就有有6n-2个未知量。。§3.2土质边坡稳稳定性分析析PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1未知数：条块剪力＋作用点位置置＝2(n-1)+(n-1)＝3n-3滑动面上的的力＋作用点位置置＝3n安全系数F＝16n-2hi§3.2土质边坡稳稳定性分析析而对于每一一个条块而而言，可以以建立的方方程有4个，其中三三个为平衡衡方程：另一个为在在滑面上满满足摩尔–––库仑准则的的破坏方程程：4n§3.2土质边坡稳稳定性分析析PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1方程数：静力平衡＋力矩平衡＝3n滑动面上极极限平衡条条件＝n4n未知数－方方程数＝2n-2hi§3.2土质边坡稳稳定性分析析已知量：4n个未知量：6n-2个2n-2个这是一个超静定问题题，求解此方方程组有两两条途径：：(1)引入变形协协调条件，，增加方程程数；(2)通过对多余余变量或相相互之间的的关系进行行假定，以以减少变量量数。极限平衡法法常采用第第二种方法法求解，并且一致致认可当条条块宽度足足够小时，，可以认为为底滑面合合力作用点点位于底滑滑面中心，，这就减少少了n个未知量。。目前的极限限平衡各种种算法的不不同之处也也就在于对对其余n-2个变量的处处理上。§3.2土质边坡稳稳定性分析析极限平衡条分法对多余变量的简化假定瑞典条分法条块间无作用力，力矩平衡斯宾塞法条块间作用力为常数简化毕肖普法条块间只有水平力，力矩平衡通用简布法假定了条间作用力作用点的位置传递系数法假定了条间作用力的方向(等于条块底面倾角)萨尔玛法假定条间也满足极限平衡条件，可以任意条分分块极限平衡法假定条间也满足极限平衡条件，但需垂直条分摩根斯坦––普赖斯法条间切向力(X)和法向力(E)之比与水平方向坐标之间存在一函数关系:X/E=λf(x)常见条分法法及其相应应的假定陆军工程师师团法、罗罗厄法、简简化Janbu法、GLE法等§3.2土质边坡稳稳定性分析析根据极限平衡垂垂直条分法法所满足的平平衡条件，，将极限平平衡条分法法分为4大类：(1)M类：仅考虑对对选定求矩矩中心的力力矩平衡(2)VM类：考虑垂直直方向力的的平衡和对对选定求矩矩中心的力力矩平衡(3)HV类：考虑水平平方向力的的平衡和垂垂直方向力力的平衡(4)HVM类：考虑所有有平衡条件件其中，M类(瑞典法)有显式解，，VM类(简化Bishop法)有隐式的安安全系数表表达式，迭迭代并不困困难。§3.2土质边坡稳稳定性分析析3瑞典条分法法（简单条条分法、费费伦纽斯法法）忽略所有条条间作用力力：2(n-1)+(n-1)＝3n-34n-3PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑动面面上作用点点位置：n未知数:2n+1方程数:4n假定：圆弧滑裂面面；不考虑虑条间力§3.2土质边坡稳稳定性分析析径向力平衡衡：TiNiiWiAORC

ibB-2-101234567极限平衡条条件：整体对圆心心的力矩平平衡：滑动力矩=抗滑力矩显式表达§3.2土质边坡稳稳定性分析析§3.2土质边坡稳稳定性分析析圆心O，半径R（如图）分条：b=R/10编号：过圆圆心垂线为为0#条中线列表计算liWii变化圆心O和半径RFs最小ENDTiNiiWiAORC

ibB-2-101234567计算步骤§3.2土质边坡稳稳定性分析析最危险滑动动面确定§3.2土质边坡稳稳定性分析析瑞典条分法法的讨论TiNiiWiAORC

ibB-2-101234567(1)一些平衡条条件不能满满足未知数:2n+1方程数:4n对0#土条T0N0W0>0§3.2土质边坡稳稳定性分析析瑞典条分法法的讨论AORC

ibB-2-101234567(2)假设圆弧滑滑裂面，与与实际滑裂裂面有差别别忽略条间力力，使得计计算安全系系数Fs偏小假设圆弧滑滑裂面，使使Fs偏大最终结果是是Fs偏小，越大Fs越偏小一般情况下下，Fs偏小10%左右工程应用中中偏于安全全§3.2土质边坡稳稳定性分析析方法的特点点：AORC

ibB-2-101234567(1)忽略条间力力的作用(2)满足滑动土土体整体力力矩平衡条条件(3)不满足条块块的静力平平衡条件(4)满足极限平衡条条件(5)得到的安全系数数偏低，误差偏偏于安全§3.2土质边坡稳定性性分析或：§3.2土质边坡稳定性性分析§3.2土质边坡稳定性性分析§3.2土质边坡稳定性性分析4简化毕肖甫（Bishop）法忽略条间切向力力：n-12n-1PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑动面上作作用点位置：n未知数:4n-1方程数:4n假定：圆弧滑裂面；条条间力切向力=0§3.2土质边坡稳定性性分析Pihi+1TiNiiWiPi+1hiAORC

ibB-2-101234567∑Fz=0极限平衡条件方程组求解，得得到：§3.2土质边坡稳定性性分析hi+1PiTiNiiWiPi+1hiAORC

ibB-2-101234567整体力矩平衡：：Ni过圆心；Pi互相抵消licosi=bi隐式表达§3.2土质边坡稳定性性分析隐式表达迭代法求解隐式式方程的根§3.2土质边坡稳定性性分析迭代法求解隐式式方程的根§3.2土质边坡稳定性性分析AORC

ibB-2-101234567圆心O，半径R设Fs=1.0计算mqi变化圆心O和半径RFs最小END计算No计算步骤§3.2土质边坡稳定性性分析PiTiNiihi+1WiPi+1hiAORC

ibB-2-101234567毕肖甫法的讨论论(2)大多数情况下是是精确的未知数:4n-1方程数:4n(1)假设圆弧滑裂面面§3.2土质边坡稳定性性分析(1)假设条块间作用用力只有法向力力没有切向力；；满足滑动土体整整体力矩平衡条条件；满足各条块力的的多边形闭合条条件，但不满足足条块的力矩平平衡条件；(4)满足极限平衡条条件；(5)得到的安全系数数比瑞典条分法法略高一点。简化Bishop方法的特点§3.2土质边坡稳定性性分析5詹布（Janbu）法条块间力的作用用点位置：n-12n-1PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑动面上作作用点位置：n未知数:4n-1方程数:4nabhi推力线假定：假定各土条间推推力作用点连线线为光滑连续曲曲线“推力作用线””即假定了条块间间力的作用点位位置§3.2土质边坡稳定性性分析PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi极限平衡条件∑Fz=0∑Fx=02345678910111P0=0Pn=0NiTiPi方程组求解P1=P1P2=P1+P2=P1+P2Pj=Pi(i=1,j)Pn=Pi=0(i=1,n)与Hi有关，但Hi可以通过每个土土条的力矩平衡衡由hi得到§3.2土质边坡稳定性性分析PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi2345678910111P0=0Pn=0詹布法的讨论(1)任意形状滑裂面面，不一定是圆圆弧未知数:4n-1方程数:4n(2)计算较复杂§3.2土质边坡稳定性性分析几种方法总结方法整体圆弧法简单条分法毕肖普法詹布法滑裂面形状圆弧圆弧圆弧任意假设刚性滑动体滑动面上极限平衡忽略全部条简力忽略条间切向力条间力作用点位置适用性饱和软粘土，=0一般均质土一般均质土任意精度/偏小10%误差20~70%难以确定平衡条件整体力矩各条力矩各条垂向力/各条水平力§3.2土质边坡稳定性性分析§3.2土质边坡稳定性性分析§3.2土质边坡稳定性性分析边坡工程作业---瑞典条分法计算算边坡安全系数数基本条件：§3.2土质边坡稳定性性分析作业要求求1.仅计算沿通过坡坡脚的滑面产生生滑动时的安全全系数；2.仅取一个圆心进进行计算，但要要求圆心与O点距离为10---15m(不能为整数)，且保留2位小数(为学号末两位数数)；3.条块数不少于8块；4.要求用Autocad作图，便于准确确计算；5.作业提交打印版版(原始条件、计算算过程、相关图图表等)，并注明：学号号+姓名§3.2土质边坡稳定性性分析平面滑动分析多多平面滑动分析析§3.3岩质边坡稳定性性分析一般情况下：现现实工程中滑坡坡的后缘出现拉拉裂缝§3.3岩质边坡稳定性性分析平面滑移的后缘缘拉裂缝§3.3岩质边坡稳定性性分析平面滑动分析方方法§3.3岩质边坡稳定性性分析传统分析方法----受力条件分析在工程使用期间间，可能滑动岩岩体或其边界面面上承受的力的类型及大小小、方向和合力力的作用点统称为受力条件。边坡岩体上承受受的力常见有：：岩体重力、静水压力、动水水压力、建筑物作用力及及震动力等。(1)地震作用水平地震作用：：FEK=1G§3.3岩质边坡稳定性性分析(2)水压力：包括渗透静水水压力和渗透动动水压力。静水压力——水对岩体的静压压力，等于岩体体受到的浮力。。动水压力——与水力梯度有关关，等于岩体受受到的渗流阻力力。§3.3岩质边坡稳定性性分析滑动面上的抗滑滑力R=Gcosβtgφj+CjL滑动力T＝Gsinβ稳定性系数传统分析方法----单平面滑动计算算过程§3.3岩质边坡稳定性性分析滑动体极限高度度Hcr为∴当Cj=0，φj＜β时，Ks＜1忽略滑动面上内内聚力(Cj=0)时§3.3岩质边坡稳定性性分析适用范围a)岩石和土；b)边坡下滑是沿着着一个相对平缓缓的滑动面.(像节理面、破坏坏面、连接缝以以及岩床与浸蚀蚀岩之间的分界界面类型的一些不连续结构构面)；c)破坏面应该近似似平行于滑坡面面；d)破坏面的倾角应应该小于滑坡面面的倾角。平面滑动计算方方法§3.3岩质边坡稳定性性分析基本假设：(1)滑体沿滑动面做做刚体下滑。(2)滑块不发生刚体体转动。(3)假定作用在滑块块上的所有力都都通过质心。(4)滑动面上的所有有点都处于临界界破坏状态。(5)滑面上力的分布布是均匀的。(6)沿着整个破坏面面的岩体强度是是相等的。(7)滑块侧面的阻力可可以忽略不计。§3.3岩质边坡稳定性性分析安全系数计算公公式：§3.3岩质边坡稳定性性分析计算包括?？水压力外部力和地震力力主动或被动锚固固力……§3.3岩质边坡稳定性性分析典型的平面几何何1.滑坡的表面2.破坏面3.上表面4.张裂缝(可选择的)边坡高度、坡面倾角、滑体重量上表面倾角及其宽宽度(可选择的)破坏面的倾角及其其粗糙程度破坏面的强度张裂缝的角度、位置(可选择的)水压力地震系数外部力计算要点§3.3岩质边坡稳定性分分析计算过程：(1)滑体重量(没有张裂缝的情况况)已知参数:H——边坡高度β——边坡角ψ——上表面倾角α——滑面倾角O——原点γ——岩块的比重未知参数:B——边坡面与上表面的交点C——滑面线与上表面线线的交点N——边坡坡面长度，即OB的长度M——BC长度L——OC的长度A——楔体面积W——楔体重量§3.3岩质边坡稳定性分分析应用矢量相加计算算L和M的长度：得出以下两个方程程：由方程(4)得：将(5)代入(3)得：(1)(2)(3)(4)(5)(6)§3.3岩质边坡稳定性分分析由方程(3)得：通过方程(6)和(7)计算L和M。不用方程(5)，因为当ψ=0时，无法计算出M面积计算：计算过程：1.计算N(通过方程(1))2.计算B(通过方程(2))3.计算L(通过方程(6))4.计算M(通过方程(7))5.计算C(通过方程(8))6.计算A(通过方程(9))7.计算W(通过方程(10)(7)(8)(9)(10)§3.3岩质边坡稳定性分分析(有张裂缝的情况)已知参数H——边坡高度β——边坡倾角α——滑面倾角ψ——上表面倾角T——张裂缝距边坡面的的距离θ——张裂缝倾角O——原点(0,0)γ——岩块重量未知参数B——边坡面与上表面的交点C——张裂缝与上表面线线的交点D——滑面线与张裂缝的的交点N——OB的长度M——BC长度L——OD的长度Q——DC的长度A——楔体面积W——楔体重量§3.3岩质边坡稳定性分分析和没有张裂缝的情况况类似:得:然后计算D、Q、L:由方程(15)，(16)得：或(13)(14)(15)(16)(17)§3.3岩质边坡稳定性分分析和由方程(17)和(18)得出计算Q的式子：面积及体积计算：计算过程：1.计算N(通过方程(1))2.计算B(通过方程(2))3.计算C(通过方程(13))4.计算M(通过方程(14))5.计算Q(通过方程(19))6.计算L(通过方程(17))7.计算D(通过方程(16))8.计算A(通过方程(20))9.计算W(通过方程(10))(18)(19)(20)§3.3岩质边坡稳定性分分析(2)水压力计算水压力峰值——边坡中部高度水压力分布形式§3.3岩质边坡稳定性分分析水压力峰值——坡脚§3.3岩质边坡稳定性分分析水压力峰值——张裂缝底部§3.3岩质边坡稳定性分分析水压力分布自定义§3.3岩质边坡稳定性分分析地下水充填率=50%(峰值位于边坡中部部、底部及拉裂缝缝底部)§3.3岩质边坡稳定性分分析(无张裂缝情况)条件1：边坡中间高度处处水压力最大§3.3岩质边坡稳定性分分析条件2：坡脚处水压力最大§3.3岩质边坡稳定性分分析(有张裂缝情况)条件1：边坡中间高度处处水压力最大§3.3岩质边坡稳定性分分析§3.3岩质边坡稳定性分分析§3.3岩质边坡稳定性分分析条件2：边坡坡脚处水压压力最大§3.3岩质边坡稳定性分分析条件3：张裂缝底部水压压力最大§3.3岩质边坡稳定性分分析(3)外力计算外力相当于一预应应力锚杆，使用主主动锚固模型外力§3.3岩质边坡稳定性分分析(4)地震力计算§3.3岩质边坡稳定性分分析(5)锚固力计算被动锚固力式中K=被动锚固力主动锚固力§3.3岩质边坡稳定性分分析(6)主动水压力计算主动水压力(张裂缝)V=张裂缝水压力§3.3岩质边坡稳定性分分析(7)滑面受力计算滑动面上的法向力力与切向力仅考虑主动力：§3.3岩质边坡稳定性分分析(8)滑面抗剪力及安全全系数滑动面上的抗剪力力安全系数：§3.3岩质边坡稳定性分分析(9)滑面强度准则：在前述计算过程中中采用的强度准则则为莫尔—库仑准则巴顿准则巴顿强度模型确定定的滑动面上的剪剪切强度为：其它可供使用的强强度准则：§3.3岩质边坡稳定性分分析广义Hoek-Brown准则确定强度根据据下列公式：指数曲线§3.3岩质边坡稳定性分分析（1)锚杆通过承载力和定位(角度)影响安全系数。（2)锚固承载力和定位位作为矢量，仅作用于滑体形形心作用到模型中中。（3)多个锚杆可以用一个具有相等总总容许力和方位的的等效锚杆代替。(10)锚杆承载力和定位位§3.3岩质边坡稳定性分分析(11)锚固长度和位置(1)只要锚杆穿过滑动动面，全部的锚杆杆承载力都发挥作作用。(2)但是,如果锚杆的锚固长长度=0(例如锚杆没有穿过过滑面),那么在计算模型中中锚杆将没有作用-----锚杆的锚固力为零零。(3)锚杆位置对计算结结果没有影响，因为始终其假定作用于滑体型型心。§3.3岩质边坡稳定性分分析一般情况下，安全全系数采用抗滑力力(粘聚力、摩擦角引引起)和滑动力(包括块体重力、地地震力、水载荷)的比值进行定义。。主动支护指在安全全系数的计算中降低下滑力。预应力锚索或岩石锚杆在在边坡变形前即已已施加荷载，故认认为是主动支护方法。(12)主动和被动锚固模模型§3.3岩质边坡稳定性分分析被动支护假定在安安全系数计算公式式中表现为增加抗滑力的形式。非预应力锚索和注注浆锚杆，仅在坡坡体产生一定变形形后产生抗力，故故被认为是被动支支护。一般来说，被动支护的安全全系数总是低于于主动支护的安安全系数。§3.3岩质边坡稳定性性分析当输入参数所起起作用不确定时时可使用敏感性分析进行探讨。敏感性图表是根根据指定模型参数百百分比的改变对安全系素的影响绘制的。。陡峭上升或下降降的曲线显示参数改变对对安全系数影响响较大。(13)敏感性分析§3.3岩质边坡稳定性性分析§3.3岩质边坡稳定性性分析Geometry:边坡高度=80m岩体比重=2.(学号后2位)t/m^3边坡角=45°滑动面倾角=35°上部平面倾角=25°拉裂缝倾角=60°拉裂缝位置(离坡顶水平距离离)=30mStrength(滑面):强度模型:Mohr-Coulomb摩擦角=30°粘结力=10t/m^2WaterPressure:水比重=1t/m^3拉裂缝充水:100%，最大位于拉裂裂缝底部滑动面无水ExternalForces:外力=200t方位角(与水平面夹角)=30°°课后作业：§3.3岩质边坡稳定性性分析§3.3岩质边坡稳定性性分析平面滑动分析多多平面滑动分析析§3.3岩质边坡稳定性性分析ⅡⅠⅡⅠ双平面滑动分析析§3.3岩质边坡稳定性性分析同向双平面滑动动第一种情况为滑体内不存在结结构面，视滑动体为刚刚体，采用力平衡图解法计算稳定性系数数第二种情况为滑体内存在结构构面并将滑动体切割割成若干块体的的情况，这时需需分块计算边坡坡的稳定性系数数滑体沿同向双平平面产生滑动，，包括2种情况：§3.3岩质边坡稳定性性分析滑体内不存在结结构面滑体内存在结构构面§3.3岩质边坡稳定性性分析ABCD为可能滑动体，，根据滑动面产产状分为Ⅰ、Ⅱ两个块体。FⅠ为块体Ⅱ对块体Ⅰ的作用力，FⅡ为块体Ⅰ对块体Ⅱ的作用力，FⅠ和FⅡ大小相等，方向向相反，其作用用方向的倾角为为θ。滑动面AB以下岩体对块体体Ⅰ的反力R1(摩阻力)与AB面法线的夹角为为φ1。无内部结构面§3.3岩质边坡稳定性性分析§3.3岩质边坡稳定性性分析上式F1的确定：假设F1的方向平行于滑滑块1的底滑面，对于于上部滑块1：得：§3.3岩质边坡稳定性性分析滑动体内存在结结构面的情况（（了解）在滑动过程中，，滑动体除沿滑滑动面滑动外，，被结构面分割开开的块体之间还还要产生相互错错动。采用分块极限平衡法法和不平衡推力力传递法进行稳定性计算算。BC面BD面AB面§3.3岩质边坡稳定性性分析块体Ⅰ块体Ⅱ块体Ⅰ块体Ⅱ块体Ⅱ§3.3岩质边坡稳定性性分析多平面滑动(传递系数法)一般采用折线滑滑动法（传递系系数法）建筑边坡规范、、公路路基规范范、水利规范等等§3.3岩质边坡稳定性性分析j块传递至j+1块隐含假设：j块对j+1块的作用力方向向平行于j块底边§3.3岩质边坡稳定性性分析地下水渗透坡降降计算条块地下水水流线平均倾角角，一般情况下下取浸润线倾角角与滑面倾角平平均值(º)，反倾时取负值值§3.3岩质边坡稳定性性分析改进的传递系数数法改进的传递系数数法亦属刚体极极限平衡分析法法，基于以下6条假设：将滑坡稳定性问问题视为平面应应变问题；平行于滑动面的的剪应力和垂直于滑动面面的正应力集中中作用于滑动面面上；视滑坡体为理想想刚塑材料，认认为整个加荷过过程中，滑坡体体不会发生任何何变形，一旦滑滑动面上剪应力力达到其剪切强强度，则滑坡体体即开始沿滑动动面产生剪切变变形；滑动面的破坏服服从mohr-coulomb破坏准则，即滑滑动面强度主要要受粘聚力及摩摩擦力控制；条块间的作用力力合力（剩余下下滑力）方向与与滑动倾角一致致，剩余下滑力为负负值时则传递的的剩余下滑力为为零；沿整个滑动面满满足静力的平衡衡条件，但不满满足力矩平衡条条件。§3.3岩质边坡稳定性性分析采用上一条块剩剩余下滑力向下下一条块滑动面面逐块投影法，计算滑坡的稳稳定性及滑坡推推力；滑坡推力计算满满足当剩余下滑滑力小于零时令令其等于零的条条件，即条块之间不出现现拉应力的条件件。改进的传递系数法滑坡坡体单元极限平平衡公式为：§3.3岩质边坡稳定性性分析采用上一条块剩余下滑力向下一条块滑动动面逐块投影法得到：注：当Ei小于零时，令Ei=0滑坡体单元极限限平衡公式为：：§3.3岩质边坡稳定性性分析则稳定系数：当所有1到n-1条块的剩余下滑滑均大于等于零零时，利用数学学归纳法可以证证明：§3.3岩质边坡稳定性性分析设安全系数为KS，则通过各条块块的滑坡推力为为：改进的传递系数数法依据的原理理正确，物理意意义明确，计算算结果稳定、可可靠。计算的滑滑坡推力满足设设计要求，克服服了传统的传递递系数法的不足足。§3.3岩质边坡稳定性性分析(1)当滑面形状不规规则，局部凸起而使滑滑体较薄时，宜考虑从凸起起部位剪出的可可能性，可进行行分段计算；(2)由于不平衡推力力传递法的计算算稳定系数实际际上是滑坡最前部条块块的稳定系数，若最前部条块块划分过小，在在后部传递力不不大时，边坡稳定系数将将显著地受该条条块形状和滑面面角度影响而不不能客观地反映映边坡整体稳定定性状态。因此，在计算算条块划分时，，不宜将最下部条条块分得太小；关于不平衡推力力传递法，计算算中应注意如下下可能出现的问问题：§3.3岩质边坡稳定性性分析(3)当滑体前部滑面较较缓，或出现反倾段段时，自后部传递来的下下滑力和抗滑力力较小，而前部条块下下滑力可能出现现负值而使边坡坡稳定系数为负负值，此时应视边坡为为稳定状态；当最前部条块稳稳定系数不能较较好地反映边坡坡整体稳定性时时，可采用倒数第第二条块的稳定定性系数，或最最前部2个条块稳定系数数的平均值。§3.3岩质边坡稳定性性分析一般规定边坡稳定定性分析定量方方法边坡稳定极限平平衡分析的条分分法§3.4规范的一些规定定(1)选作建筑场地的的自然斜坡；(2)由于开挖或填筑筑形成并需要进进行稳定性验算算的边坡；(3)施工期出现不利利工况的边坡；；(4)使用条件发生变变化的边坡。一般规定下列建筑边坡应应进行稳定性评评价：施工期存在不利利工况的边坡系系指在建筑和边坡加固固措施尚未完成成的施工阶段可可能出现显著变变形或破坏的边边坡。§3.4规范的一些规定定(1)边坡稳定性状态态的定性判断；；(2)边坡稳定性计算算；(3)边坡稳定性综合合评价；(4)边坡稳定性发展展趋势分析。一、边坡稳定性性评价应包括下下列内容§3.4规范的一些规定定二、边坡稳定性性评价应在充分分查明工程地质质条件的基础上上，根据边坡岩岩土类型和结构构，综合采用工程地地质类比法和刚刚体极限平衡计计算法进行。三、对土质较软、地面面荷载较大、高高度较大的边坡，其坡脚地面抗隆起起和抗渗流等稳稳定性评价应按现行有关标标准执行。§3.4规范的一些规定定一、在进行边坡坡稳定性计算之前，应根据边坡水水文地质、工程程地质、岩体结结构特征以及已已经出现的变形破破坏迹迹象，(1)对边坡坡的可可能破破坏形形式和和边坡坡稳定定性状状态做做出定定性判判断，，(2)确定边边坡破破坏的的边界界范围围、边边坡破破坏的的地质质模型型，(3)对边坡坡破坏坏趋势势作出出判断断。边坡稳稳定性性分析析根据已已经出出现的的变形形破坏坏迹象象对边边坡稳稳定性性状态态做出出定性性判断断时，，应十分重重视坡坡体后后缘可可能出出现的的微小小张裂裂现象象，并结结合坡坡体可可能的的破坏坏模式式对其其成因因作细细致分分析。。若坡体体侧边边出现现斜列列裂缝缝，或或在坡坡体中中下部部出现现剪出出或隆隆起变变形时时，可可做出出不稳稳定的的判断断。§3.4规范的的一些些规定定(1)土质边边坡和和较大规规模的的碎裂裂结构构岩质边边坡宜宜采用用圆弧滑滑动法法计算；；(2)对可能能产生生平面面滑动动的边边坡宜宜采用用平面滑滑动法法进行计计算；；(3)对可能能产生生折线线滑动动的边边坡宜宜采用用折线滑滑动法法进行计计算；；(4)对结构构复杂杂的岩岩质边边坡，，可配合采用赤平极极射投投影法法和实实体比比例投投影法法分析；；(5)当边坡坡破坏坏机制制复杂杂时，，宜结结合数值分分析法法进行分分析。。二、边边坡稳稳定性性计算算方法法，根根据边边坡类类型和和可能能的破破坏形形式，，可按按下列列原则则确定定：§3.4规范的的一些些规定定岩质边边坡稳稳定性性计算算时，，在发育3组以上上结构构面，且不存在在优势势外倾倾结构构面组组的条件件下，，可以以认为为岩体体为各向同同性介介质，在斜斜坡规规模相相对较较大时时，其其破坏坏通常常按近近似圆圆弧滑滑面发发生，，宜采采用圆圆弧滑滑动面面条分分法计计算。。对边坡规规模较较小、、结构构面组组合关关系较较复杂杂的块体体滑动动破坏坏，采采用赤赤平极极射投投影法法及实实体比比例投投影法法较为为方便便。§