人民交通出版社土力学课件第八章土坡稳定

第八章土坡稳定分析Stabilityanalysisofsoilslopes2021/10/10星期日11概述2表层滑动的稳定分析3深层滑动的稳定分析4水对土坡稳定的影响第八章土坡稳定性分析主要内容2021/10/10星期日2§8.1概述一、土坡：具有倾斜面的土体坡面坡顶坡底坡高H坡肩坡角α坡脚2021/10/10星期日3§8.1概述1．天然土坡江、河、湖、海岸坡一、土坡：具有倾斜面的土体2021/10/10星期日4贵州洪家渡山、岭、丘、岗、天然坡1．天然土坡一.土坡§8.1概述2021/10/10星期日52．人工土坡挖方：沟、渠、坑、池露天矿一.土坡§8.1概述2021/10/10星期日62．人工土坡¤填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝一.土坡§8.1概述2021/10/10星期日7二.滑坡-—滑坡的主要形式§8.1概述2021/10/10星期日8岩体崩塌过程示意图下面是几个岩土体滑坡过程的模拟图：§8.1概述2021/10/10星期日9滑坡过程示意图§8.1概述2021/10/10星期日10泥石流发展示意图§8.1概述2021/10/10星期日11二.滑坡一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动§8.1概述2021/10/10星期日122．造成滑坡的原因二.滑坡(1)滑动力增大：

在坡顶堆载、修建建筑物和车辆行驶；雨水或地表水渗人使土的重度增加；坡顶竖向裂缝中的水压力、渗透力和地震力对土坡的作用等。(2)抗滑力减小：

土的抗剪强度因含水量增加而下降；孔隙水压力增大使有效应力和摩擦力减小；坡脚处土体被冲刷或移走等。2021/10/10星期日13应如何分析、判断

边坡的稳定性？假定一滑动面计算滑坡体的滑动力和抗滑力土坡稳定安全系数搜索最小安全系数的滑动面确定滑动面形状2021/10/10星期日14§8.1概述3．滑动面的形状主要取决于土的性质和工程地质构造：1.粗粒土坡的滑坡深度浅、形状接近于平面;2.粘性土滑坡面深度到坡体内，均质粘性土坡滑动面的形状按塑性理论分析为对数螺旋曲面，在计算中通常以圆弧面代替。2021/10/10星期日15§8.2表层滑动的稳定性分析土坡对象：无粘性土破坏形式：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——砂性土的土坡稳定分析2021/10/10星期日161）微单元A自重:

W=

V2)沿坡滑动力：3)对坡面压力：(由于无限土坡两侧作用力抵消)

4）抗滑力：5)抗滑安全系数：RNWANWTaWRN一.无渗流的无限长土坡当K>1时稳定即φ>αK<1时失稳即φ<αK=1时临界状态即φ=α§8.2砂性土的土坡稳定分析2021/10/10星期日17无渗流的无限长土坡讨论当

=

时，K=1.0，天然休止角可见安全系数与土容重、坡高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K都相等思考题：干坡与静水下，若坡中

不变，K有什么变化

§8.2砂性土的土坡稳定分析2021/10/10星期日18(3)抗滑力：

(2)滑动力：有渗流砂土边坡安全系数(4)抗滑安全系数：

渗透力平行坡面NWTAaWRN

lhJRNWJ(1)取微单元A的土骨架为隔离体，作用力二.有沿坡渗流情况自重：渗透力：即地下水沿坡面流动地下水流动方向§8.2砂性土的土坡稳定分析2021/10/10星期日19注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏讨论

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aWTNA

lh二.有沿坡渗流情况与无渗流比较K减小近一倍§8.2砂性土的土坡稳定分析2021/10/10星期日20本节小结边坡对象：无粘性土土坡破坏形式：表面浅层滑坡分析方法：考虑为无限长坡安全系数：2021/10/10星期日21土层性质：粘性土、土质均匀强度参数：粘聚力C，内摩擦角

破坏形式：实际滑坡表明，对于粘性、均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面与圆弧（圆柱面）近似。OR§8.3粘性土土坡稳定分析——深层滑动的稳定性分析2021/10/10星期日22一、概述条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分在水下情况均适用。彼得森(K.E.Petterson)于1916首先提出，采用圆弧滑动面分析土坡稳定性。此后费伦纽斯(W.Fellenius,1927)和泰勒(D.W.Taylor,1948)又做了一些改进。总体说有两种分析方法：（1）整体圆弧滑动法（2）条分法主要适用于均质简单土坡。所谓简单土坡是指土坡的坡度不变，顶面和地面水平，且土质均匀，无地下水。§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日231、分析计算方法均质土二维圆弧滑动面滑动土体呈刚性转动在滑动面上处于极限平衡状态1）假设条件：图土体的整体稳定分析二、圆弧滑动面的整体稳定分析§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日242）平衡条件（各力对O的力矩平衡）(1)滑动力矩：(3)安全系数：当

=0（粘土不排水强度）时，(2)抗滑力矩：fWROBaACθ为AC弧长二、圆弧滑动面的整体稳定分析§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日25讨论:(1)当

0时，

n是L(x,y)的函数，无法得到K的理论解(2)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§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日261．原理一个简化解决方法是将滑动土体分成条—条分法。整体圆弧法中的抗滑力矩：

n是l(x,y)的函数，若

n不为零ORbCA-2-101234567则，无法求理论解，是一个边值问题，应通过数值计算解决。实际是一种离散化计算方法。三、条分法的基本原理§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日27Wi大小和方向已知；滑动面上的Ni、

Ti(含cili和Nitgφi)大小未知；土条两侧，Ei、

Fi、

hi由前一个土条计算得出,Ei＋1、Fi＋1、hi＋1未知；可见，作用在土条上的作用力有5个未知数，可以建立3个平衡方程，故为静不定问题。（1）未知量数目：WihiEihi+1Fi+1Ei+1NiTiFi2．条分法中的力和求解条件§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日28简化计算方法：1.不考虑土条间的作用力，或只考虑其中的一个；2.假设条间力的作用方向或规定Ei和Fi的比值；3.假定条块间力的作用位置，hi已知。(2)力平衡条件（求解条件）§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日291．基本假设：费伦纽斯假设土条两侧的合力相等，作用线重合，即土条两侧的作用力相互抵消。此时土条上的作用力仅有自重和滑动面上的两个分力。 2．计算方法：计算土条自重

将土条自重分解四.简单条分法（瑞典条分法）§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日30滑动面上土的抗剪强度为：计算滑动力矩和稳定力矩:计算土坡的稳定安全系数

对于均质土坡四.简单条分法（瑞典条分法）§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日31

忽略了条间力，所计算安全系数K值偏小；

假设圆弧滑裂面，使K值偏大；总体结果是K值偏小。

越大(条间的抗滑作用力越大)，K值越偏小。

假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别。一般情况下，K偏小10%左右工程应用中偏于安全

由于忽略了条块间的作用力，只满足力矩平衡，不满足静力平衡。瑞典简单条分法的讨论§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日32

毕肖普（A.W.Bishop）1955年提出的一种简化计算方法。该方法可以考虑条块间的作用力，但不考虑土条间的竖向切向力，且规定了滑动面上切向力的大小。五、毕肖普（Bishop）法为了改进条分法的精度，许多人都认为应该考虑土条间的作用力——超静定问题。§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日33§8.3粘性土土坡稳定分析最危险滑弧位置的确定：以上是对一个假设滑弧求得的稳定安全系数，为找到最危险的滑弧，应假设一系列滑弧通过试算求得最小安全系数2021/10/10星期日341.费伦纽斯的确定方法§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日35土坡坡度（竖直:水平）坡角β1:0.5860°29°40°1:145°28°37°1:1.533°41′26°35°1:226°34′25°35°1:318°26′25°35°1:414°02′25°37°1:511°19′25°37°β1及β2的取值§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日361980年，美国肯塔基州立大学陈惠发根据大量计算经验指出，最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚各为0.1n*H处，且最危险滑弧中心位于fd线的垂直平分线上。亦可通过试算法确定。2.陈惠发的经验法§8.3粘性土土坡稳定分析2021/10/10星期日37一、土的抗剪强度指标及安全系数的选用§8.4水对边坡稳定的影响从本质上讲，水的浸入将使土的抗剪强度指标降低、有效应力减小，土体抗滑动能力减小，导致边坡失稳。

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。2021/10/10星期日38浸润线以下部分应考虑水的浮力作用，采用浮重度，动水可按下式计算:二、有水渗流时的土坡稳定计算ΔA——浸润线以下部分面积，即动水力作用区域的面积。§8