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1、第八章 边坡稳定性分析Stability analysis of soil slopes,具有倾斜面的土体,学习本章的目的意义,1.掌握各种诱发土体滑坡的因素;2.进行土体边坡的稳定性分析和安全性评价；3.设计经济、合理的人工边坡;4.制定有效的边坡整治措施。,1 概述,2 表层滑动的稳定分析,3 深层滑动的稳定分析,4 水对边坡稳定的影响,第八章 边坡稳定性分析,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,贵州洪家渡,山、岭、丘、岗、天然坡,1天然土坡,一.土坡,1 概述,2人工土坡,挖方：沟、渠、坑、池,露天矿,一.土坡,1 概述,一、土坡,2人工土坡,填方：堤、
2、坝、路基、堆料,小浪底土石坝,1 概述,二.滑坡,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,1 概述,二.滑坡,1滑坡的危害：土、岩体滑坡是重大的自然灾害 我国是滑坡灾害频发的国家,1 概述,二.滑坡-滑坡的主要形式,1 概述,紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡,云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡,江岸崩塌滑坡,江西省江新洲洲头北侧蹋岸,三峡库区滑坡问题蓄水,2001年，重庆市云阳县就发生了两次大型滑坡，重庆市武隆边坡失稳造成79人死亡。国务院已经决定拨款40亿元，用于三峡库区地质灾害治理。仅重庆就有150多个治理工程。,1989年1月8日 坡高103m 地质:流纹岩中有
3、强风化的密集节理和一个小型不连续面。事故: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,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1972 Po Shan 滑坡(20,000 m3)(67 死、20 伤),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,Early 1972 滑坡前,贵阳沙冲路滑坡-平面滑动,龙羊峡库岸滑坡-平面+圆弧滑动,盐池河边坡破坏-崩塌,2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。,雪山崩塌,滑坡各因素-实际图,泥石(洪)流总是与暴雨或山洪相联系，是
4、在有足够外部水流(或降雨)参与下形成的一种高密度“流体”。,泥石(洪)流,坡面泥石流,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：,1 概述,滑坡过程示意图,泥石流发展示意图,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,原因：(1)外界的作用破坏了土体原来的应力平衡状态，增大了滑动面上的滑动动力；(2)土体抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低。,1 概述,应如何分析、判断边坡的稳定性？,土体滑坡
5、形态格式各样，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。3.判断边坡的稳定性，是以计算滑动土体的抗滑力和滑动力的比值为依据。比值大于1为安全，等于1为达到极限状态，小于1不安全。,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,W,T,N,a,A,一.无渗流的无限长土坡,1）微单元A自重:W=V,2)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
6、)抗滑安全系数：,2 表层滑动的稳定性分析,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：干坡与静水下，若坡中不变，Fs有什么变化,2 表层滑动的稳定性分析,二.有渗流情况,(3)抗滑力：,(2)滑动力：,2有渗流砂土边坡安全系数,(4)抗滑安全系数：,底面支撑力N，底面抗滑力R,(1)取微单元A的土骨架为隔离体，作用力,2 表层滑动的稳定性分析,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,3.讨 论,与所选V大小无关，亦
7、即在这种坡中各点安全系数相同,与容重有关,2 表层滑动的稳定性分析,三.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：,2 表层滑动的稳定性分析,3 深层滑动的稳定性分析,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。,3 深层滑动的稳定性分析,一、概述,总体说有两种分析方法：（1）整体圆弧滑动法。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。（2）条分法。条分法对非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分在水下
8、情况均适用。,彼得森()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。,二、圆弧滑动面的整体稳定分析,基本概念 土坡在自重作用下产生如图的滑动，根据抗滑动力矩和滑动力矩的平衡关系，有土坡稳定性安全系数如下：,图8.7 土体的整体稳定分析,3 深层滑动的稳定性分析,2.分析计算方法,1）假设条件：,图8.8 土体的整体稳定分析,二、圆弧滑动面的整体稳定分析,3 深层滑动的稳定性分析,2）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)
9、抗滑力矩：,为AC弧,二、圆弧滑动面的整体稳定分析,3 深层滑动的稳定性分析,讨论:,(1)当0时，n是L(x,y)的函数，无法得到Fs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,3 深层滑动的稳定性分析,三、条分法的基本原理,1原理,则，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,整体圆弧法中的抗滑力矩：n是l(x,y)的函数，若n不为零,3 深层滑动的稳定性分析,2条分法中的力和求解条件,Wi大小和方向已知；滑动面上的Ni、Ti(含
10、cili和Nitgi)大小未知；土条两侧，Ei Fi hi由前一个土条计算得出,Ei1、Fi1、hi1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：,Wi,hi,Ei,hi+1,Fi+1,Ei+1,Ni,Ti,Fi,3 深层滑动的稳定性分析,(2)力平衡条件（求解条件）,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。,3 深层滑动的稳定性分析,四.简单条分法（瑞典条分法）,1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
11、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,3 深层滑动的稳定性分析,四.简单条分法（瑞典条分法）,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,3 深层滑动的稳定性分析,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 li Wi 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,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
12、。,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,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。,3 深层滑动的稳定性分析,四、毕肖普（Bishop）法,毕肖普（AWBishop）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。但在考虑整个滑动土体力矩平衡条件时，认为各土条的作用力对圆心力矩之和为零。,3 深层滑动的稳定性分析,1.原理与特点,假设滑裂面为圆弧 不忽略条间作用力 土条的滑裂面上满足极限平衡条件 土条在y方向上（竖直）达到静力平衡 总体对圆心O力矩平衡,四、毕肖普（Bishop）法,3 深层滑动的稳定性分析,四
13、、毕肖普（Bishop）法,2.推导过程,竖向平衡条件：,若土条的稳定安全系数为 K，与滑动面上的切向力相平衡的条件有：,3 深层滑动的稳定性分析,参数 包含有K，是一超越方程。采用试算的方法。查曲线的方法。,四、毕肖普（Bishop）法,2.推导过程,简化,3 深层滑动的稳定性分析,四、毕肖普（Bishop）法,3 深层滑动的稳定性分析,毕肖普曲线,mi 值曲线,3.毕肖甫法计算步骤,圆心O，半径R,设 K=1.0,计算 mqi,YES,Fs最小,END,计算K/,No,YES,No,四、毕肖普（Bishop）法,4.小结,满足整体力矩平衡条件；满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条块的力
14、矩平衡；假设条块间作用力只有法向力没有切向力；满足极限平衡条件。得到的安全系数较瑞典条分法略高一些。,3 深层滑动的稳定性分析,五.普遍条分法（简布 Janbu法）,1.思路,假设了土体条块间的水平作用力的位置。由此可以获得，每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件，滑动土体的整体力矩平衡条件也自然得到满足。该方法适用于任何滑动面而不必规定滑动面是一个圆弧面。该方法由简布提出。,3 深层滑动的稳定性分析,五.普遍条分法（简布 Janbu法）,2.受力状态分析,3 深层滑动的稳定性分析,五.普遍条分法（简布 Janbu法）,2.受力状态分析,按静力平衡条件分析如下：,3 深层滑动的稳定性分析
15、,五.普遍条分法（简布 Janbu法）,2.静力平衡条件,竖直方向：,水平方向：,3 深层滑动的稳定性分析,五.普遍条分法（简布 Janbu法）,2.静力平衡条件,可见，计算比较繁杂,3 深层滑动的稳定性分析,3.简布法计算步骤,令Hi0,计算K/,计算Pi,计算K,KK/,END,计算Pi,No,计算Hi,YES,费伦纽斯最危险滑动面圆心的确定方法,六、圆弧滑动面的整体稳定分析,3 深层滑动的稳定性分析,1及2的取值,六、圆弧滑动面的整体稳定分析,3 深层滑动的稳定性分析,七.几种分析计算方法的总结,3 深层滑动的稳定性分析,八、边坡稳定分析图解法,土坡稳定分析工作量很大，许多学者整理出坡高H、坡角、与土的抗剪强度指标c、和之间的关系，并绘制如图关系，直接计算土坡稳定性。即知道其中4个参数就可以计算剩余的数值。,3 深层滑动的稳定性分析,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。,一、土的抗剪强度指标及安全系数的选用,4 水对边坡稳定的影响,二、有水渗流时的土坡稳定计算,浸润线以下部分应考虑水的浮力作用，采用浮重度，动水D可按下式计算:,三、按有效应力法分析土坡稳定,通过对总应力法的计算公式进行修正，得到有效应力法的计算公式：,4 水对边坡稳定的影响,作业,P197习题8.2习题8.3,
