第9章 土坡稳定分析.ppt

土质学与土力学安徽理工大学资源与环境工程系,第九章土坡稳定分析,◆概述◆基本概念与基本原理,概述,由于地质作用而自然形成的土坡,在天然土体中开挖或填筑而成的土坡,,,山坡、江河岸坡,路基、堤坝,,,概述,1．天然土坡,江、河、湖、海岸坡,概述,2．人工土坡,挖方沟、渠、坑、池,露天矿,概述,2．人工土坡,填方堤、坝、路基、堆料,小浪底土石坝,基本概念与基本原理,一、基本概念,1．天然土坡由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。2．人工土坡人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土坡。3．滑坡土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移，以至丧失原有稳定性的现象。4．圆弧滑动法在工程设计中常假定土坡滑动面为圆弧面，建立这一假定的稳定分析方法，称为圆弧滑动法。它是极限平衡法的一种常用分析方法。,基本概念与基本原理,一、基本概念,滑坡,香港1900年建市，1977年成立土力工程署港岛1972PoShan滑坡20,000m367死、20伤,PoShanRoad,ConduitRoad,NotewellRoad,基本概念与基本原理,一、基本概念,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,1.土坡失稳原因分析,（1）斜坡的土质各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等，遇水后软化，使原来的强度降低很多。（2）斜坡的土层结构如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当下伏土层或岩层不透水时，容易在交界上发生滑动。（3）斜坡的外形突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下缓的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，当土坡不高时尚可直立，但随时间和气候的变化，也会逐渐塌落。,内部因素,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,1.土坡失稳原因分析,（1）降水或地下水的作用持续的降雨或地下水渗入土层中，使土中含水量增高，土中易溶盐溶解，土质变软，强度降低；还可使土的重度增加，以及孔隙水压力的产生，使土体作用有动、静水压力，促使土体失稳，故设计斜坡应针对这些原因，采用相应的排水措施。（2）振动的作用如地震的反复作用下，砂土极易发生液化；粘性土，振动时易使土的结构破坏，从而降低土的抗剪强度；施工打桩或爆破，由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。（3）人为影响由于人类不合理地开挖，特别是开挖坡脚；或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近；在斜坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。,外部因素,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,2.无粘性土坡稳定性分析,1一般情况下的无粘性土土坡,均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力,只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的,,,单元体稳定,TT,,土坡整体稳定,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,2.无粘性土坡稳定性分析,1一般情况下的无粘性土土坡,稳定条件TT,砂土的内摩擦角,抗滑力与滑动力的比值,,安全系数,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,2.无粘性土坡稳定性分析,2有渗流作用时的无粘性土土坡分析,稳定条件TTJ,顺坡出流情况,/sat≈1/2，坡面有顺坡渗流作用时，无粘性土土坡稳定安全系数将近降低一半,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,1瑞典圆弧滑动法,假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况,滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比,饱和粘土，不排水剪条件下，u＝0，τf＝cu,,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,粘性土土坡滑动前，坡顶常常出现竖向裂缝,,裂缝的出现将使滑弧长度由AC减小到AC，如果裂缝中积水，还要考虑静水压力对土坡稳定的不利影响,Fs是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数,,1瑞典圆弧滑动法,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,最危险滑动面圆心的确定,R,O,对于均质粘性土土坡，其最危险滑动面通过坡脚,0,,O,,E,0,,1瑞典圆弧滑动法,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,2条分法,,对于外形复杂、0的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析,,滑动土体分为若干垂直土条,,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,2条分法,条分法分析步骤I,,1.按比例绘出土坡剖面,2.任选一圆心O，确定滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条,3.每个土条的受力分析,,静力平衡,假设两组合力Pi，Xi＝Pi＋1，Xi＋1,,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,2条分法,条分法分析步骤Ⅱ,4.滑动面的总滑动力矩,5.滑动面的总抗滑力矩,6.确定安全系数,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,3毕肖普法,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,3毕肖普法,a.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Hi0则条件够了简化Bishop法，忽略条间切向力）,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,3毕肖普法,求解条件,平衡条件2n1未知数6n-2,1）由于竖向力平衡PiPi不出现（n-1）,2）不计各条力矩平衡ti及hi（2n-1）,3假设Hi0（不计条间切向力）n-1,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,3毕肖普法,b.安全系数公式,其中,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,3毕肖普法,c.毕肖甫法计算步骤,圆心O，半径R,设Fs1.0,计算mqi,YES,Fs最小,END,,,,,,,,计算,No,,YES,,,,,No,,,,,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,3.粘性土坡稳定性分析,4泰勒图表法,土坡的稳定性相关因素,,泰勒（Taylor,D.W，1937）用图表表达影响因素的相互关系,稳定数,土坡的临界高度或极限高度,泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题①已知坡角及土的指标c、、，求稳定的坡高H②已知坡高H及土的指标c、、，求稳定的坡角③已知坡角、坡高H及土的指标c、、，求稳定安全系数Fs,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,4.边坡稳定分析的总应力法和有效应力法,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,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,5.土坡稳定分析的几个问题讨论,1挖方边坡与天然边坡,天然地层的土质与构造比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡相比，性质上所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，得到安全系数，比较符合实测结果。但对于超固结裂隙粘土土坡，采用与上述相同的分析方法，会得出不正确的结果,2关于圆弧滑动条分法,计算中引入的计算假定滑动面为圆弧不考虑条间力作用安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,5.土坡稳定分析的几个问题讨论,3土的抗剪强度指标值的选用,土的抗剪强度指标值选用应合理指标值过高，有发生滑坡的可能指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质和排水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用有效应力法比较合理。重要的工程应采用有效强度指标进行核算。对于控制土坡稳定的各个时期，应分别采用不同试验方法的强度指标,4安全系数的选用,影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用，计算方法和计算条件的选择等。工程等级愈高，所需要的安全系数愈大。目前，对于土坡稳定的安全系数，各个部门有不同的规定。同一边坡稳定分析，选用不同的试验方法、不同的稳定分析方法，会得到不同的安全系数。根据结果综合分析安全系数，得到比较可靠的结论,基本概念与基本原理,二、基本规律与基本原理,5.土坡稳定分析的几个问题讨论,5查表法确定土质边坡的坡度,边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度进行确定一些规范和手册根据大量设计和运行经验规定了土坡坡度的允许值，可以通过查表法确定土质边坡的坡度,