关于滑坡稳定性评价的几个问题.ppt

三峡库区地质灾害勘察信息系统（GHEIS）三峡库区滑坡稳定性评价系统（LASA）,三峡库区地质灾害防治工作指挥部,中国地质大学（武汉）工程学院,内容及时间安排,第一讲 关于滑坡稳定性评价的几个问题,目 录,一、概述 二、滑坡稳定性评价基本技术规定 三、滑坡稳定性评价方法 四、滑坡稳定性评价差异分析 五、危岩体稳定性评价 六、库岸塌岸预测 七、几点体会,三峡库区是我国地质灾害多发的地区，由于大坝的兴建和移民搬迁，在一定程度上改变了原有地质环境的平衡状态，不可避免的加剧了地质灾害的发生。 库区库岸全长5300km，水库蓄水后的塌岸段预测有441km。 在库区范围（淹没影响区和移民迁建区，面积15000km2），共发现地质灾害2548处。其中， 崩滑体2490个、崩滑体总体积448501万m3 由于三峡库区地质灾害数量多，时间紧，任务重，进入三峡库区从事滑坡的勘察、设计、施工的单位及人员很多 ，开发三峡库区滑坡稳定性评价软件是非常必要的，必将为三期滑坡地质灾害治理带来巨大的经济效益和社会效益。,一、概 述,研发的滑坡稳定性评价系统（LAndslide Stability Analysis System，简称 LASA）通过调用滑坡信息系统，管理对象主要是滑坡稳定性评价模型，设计方法以模型驱动，信息趋向分散使用，其目标是希图实现一个具有潜力的、适应性强的评价系统，强调充分发挥计算机的计算、判断功能，使作出的决策正确、有说服力。 本子系统LASA软件适用于： （1）滑坡稳定性评价； （2）危岩体稳定性评价； （3）塌岸（库岸）预测。,服务对象 （1）政府主管部门 （3）工程参建单位 （2）监测预警管理部门,二、滑坡稳定性评价基本技术规定,2.1滑坡分类 滑坡形成于不同的地质环境，并表现为各种不同的形式和特征。滑坡分类的目的就在于对滑坡作用的各种环境和现象特征以及产生滑坡的各种因素进行概括，以便正确反映滑坡作用的某些规律 。,表2-1 一般滑坡分类表,2.2 滑坡防治工程分级,表2-2 滑坡、崩塌（危岩体）及塌岸按危害对象和危害损失分级,注：确定防治工程等级，应符合危害对象、危害人数、可能的经济损失三项指标中的两条或两条以上。因特殊情况需要进行等级增减，需要经过专门论证与批准。,2.3 荷载组合及安全系数,稳定性计算荷载及荷载组合,稳定性计算工况,2. 4 滑坡稳定状态分级,滑坡稳定性状态按稳定系数分四级（据【DB50/143-2003】），其中界定滑坡稳定程度与工况条件及滑坡灾害程度分级有关，不同灾害等级滑坡安全系数见表2-4。当某一工况条件下滑坡稳定系数大于或等于滑坡稳定性安全系数时，该滑坡在该工况下的稳定性可视为满足要求。,2.5 地面荷载,地面荷载作用方向为垂直向下，作用点（面） 为滑坡地表面。 集中荷载p（kN） 线荷载p（kN/m）,2.6水压力计算,（1）孔隙水压力 （2）裂隙水引起的静水压力Vi （3）（渗透压力）动水压力,图2-1 作用在滑块上的附加力,2.7水平地震力计算,根据三峡库区地质灾害防治工作指挥部（2004，12），三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求，地震烈度为度时，不计入地震力；大于度时，灾害体稳定计算应计入地震力。 地震荷载一般只考虑沿滑动主滑轴线方向的水平向地震作用，整体稳定分析一般不计入地震动水压力。 作用于质点的水平地震惯性力 按下式计算：,三、滑坡稳定性评价方法,定性评价方法 工程地质类比法 定量评价方法： 传递系数法 改进圆弧法 单平面法 Fellenius 法 Bishop 法 Janbu 法,3.1 传递系数法（推荐方法1）,图3-1 传递系数法计算说明图,假设: 1.条块推力作用方向平行于滑面。 2.条块划分为竖直方向，忽略两相邻条块间的摩擦力。 3.只考虑了力的平衡，对力矩的平衡没有考虑。,式中： 滑坡稳定系数； 作用于第块段的抗滑力（kN/m）； 第块段滑带土的内摩擦角（）； 作用于第块滑动面上的滑动分力（kN/m）； 传递系数。,图3-2 滑坡传递系数法计算模型,传递系数法适用于各种滑动面形态，当滑动面为折线形时，计算模型如图3-2。,滑坡稳定系数Fs的求解 公式：,滑坡推力计算,按传递系数法计算，公式如下，, 下滑力Ti(kN),抗滑力Ri (kN),传递系数,3.2 改进圆弧法（推荐方法2）,图3-3 改进圆弧法计算模型,圆弧法适用于堆积层（土质）滑坡，或均质岩质滑坡。,滑坡稳定系数Fs为：,3.3 单平面法（推荐方法3）,单平面法适用于岩质滑坡，一个滑动面和一个近铅直的张裂缝，常见于倾斜层状岩体斜坡中。,图3-4 岩质滑坡的计算模型,3.4 Fellenius法（瑞典条分法）,Fellenius又称为瑞典条分法，是滑坡稳定性分析领域中最早出现的一种方法。Fellenius法是将滑动土体竖直分成若干个土条，将所分的条块看作是刚体，分别求出作用于各个条块的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后按公式求滑坡的稳定系数,图3-5 Fellenius法（瑞典条分法）的受力分析图,（1）假设条件 该法假设滑裂面为圆弧形，假定作用在土条间的作用力对滑坡的整体稳定影响不大，故可以忽略不计。计算稳定系数时，简单的将条块重量向滑面法向方向分解求得法向力。 （2）根据图示和下列的极限平衡方程及摩尔库仑准则，即， 方向合力：x=0 (N个条块，N个方程)； 方向合力：y=0(N个条块，N个方程)； 可以得出Fellenius法的稳定系数的计算公式，,3.5 Bishop（比肖浦）法,Bishop（1955) 考虑条块间侧面力，为圆弧滑动条分法。 （1）假设条件 圆弧滑裂面 多余未知力X=0（X为作用在土条垂直面上的剪力）; 静力平衡。 （2）计算表达式为，,3.6 Janbu（简布）法,图3-6 Janbu法的计算图示,Janbu法通过假设滑体推力线位置 并考虑微分条块的力矩平衡，巧妙地推导出条块水平推力与竖向剪力的关系，再根据条块的力平衡条件导出稳定系数迭代求解格式。但是，经过大量的工程证明，Janbu法存在着严重的不收敛问题，特别是条块划分的过密时，收敛是很难保证的。,（1）假设条件 它考虑了土条间的作用力，提高了计算精度，能用于任意形状的滑动面条件； 条块上所有垂直荷载的合力之作用线和滑面的交点与Ni的作用点为同一点，并满足所有条块的力平衡条件； 整个滑面上的稳定系数是一样的； 假定条块作用力的方向与该条块的滑面平行。 （2）稳定系数的计算,3.7 滑动面参数反分析方法,反分析方法一般应根据已经滑动或有明显变形的滑坡，采用双剖面法进行联合反算，条件不具备时可采用单剖面进行计算。应准确考虑滑坡出现滑动或变形时所处的工况，根据室内与现场不扰动滑动面（带）土的抗剪强度的试验结果及经验数据，给定内聚力c或内摩擦角，反求另一值。,已知，求内聚力,已知c，求内摩擦角,对已经滑动的滑坡，Fs=0.951.00； 对有明显变形但暂时稳定的滑坡，Fs=1.001.05,3.8库水位影响地下水浸润线,图3-7 河（库）水位上升引起的地下水位浸润,3.8.1库水位上升,3.8.2 库水位下降,图3-8 河（库）水位下降引起的地下水位浸润线变化,a导水系数 (m2/s)； M含水层厚度(m)； 给水度，无试验资料时可按有关表取值；,3.9 工程地质类比法,工程地质类比法定性评价法是采用对信息进行评分的形式进行稳定性的评价的。 基本因素包括：岩性、地质构造、地质结构、岩体结构、风化程度、岩土体变形破坏规律、地下水等； 易变因素包括：降雨、地震、施工等变化较大的因素。,考虑的因素,岩性（易滑坡地层和不易滑坡地层 ） 地质构造（复杂、中等、简单） 地质结构（顺向坡、斜交坡、平叠坡、横交坡、逆向坡 ） 地下水 坡角、滑面顷角与内摩擦角（、 ） 植被发育情况（马刀树、醉汉林、地表植被不发育；植被发育正常 ） 地变形及破裂情况（后缘环状拉裂缝，前缘隆起及隆张裂缝、有蠕变迹象，侧壁出现羽状裂缝、尚未发现异常） 有效降雨量（高诱发性、中等诱发性、低诱发性，降雨量） 地震（高诱发区、中等诱发区、低诱发区） 人为活动的影响（人工切坡脚、加载和生活用水和灌溉用水直接排入坡体、人为振动、无人为活动 ）,1、暴雨情况下，首先滑带或滑面土体的抗剪强度指标要用饱水情况下的抗剪强度参数，其次是考虑渗透压力，用条分法计算的时候，将土条和土条中的水一起作为脱离体，此后土条的重力就包括土条和土条中水体的重力。土体两侧存在渗透水压力, 按 u = Rw x h（h土条的高度），渗透水压力在脱离体两侧呈三角形分布。在规范中公式可以进行计算及稳定性分析。 +BkmI 2、对粘性土使用浸水的抗剪强度指标，采用水土合算。对于无粘性土采用水土分算（使用浸水的抗剪强度指标），计算时先根据现场情况假设暴雨形成的浸润面。若采取了可靠的排水措施保证让水不会积在坡面上，就不用考虑水压力了，直接用土的天然容重。 SMbhJO 我个人认为，采用饱和指标的话，计算出的安全系数过小，依次进行工程处置费用会非常的高。另外对于高速公路，按照暴雨工况处置，处置后的安全系数应该定位多少？ Fq#;,个人觉得，考虑暴雨工况是比较合理的！不过暴雨究竟对滑坡体、滑移面的影响作用很难量化，暴雨使原地下水线抬升至什么位置直接影响渗透力的计算，可是这个往往是最难量化的。我做设计时一般只考虑暴雨对结构面抗剪强度的降低作用和重度的增加，然后将安全系数取大值，不去考虑渗透力的作用！也不知道是不是安全！,四、滑坡稳定性评价差异分析,滑坡稳定性评价是基于刚体极限平衡理论基础之上的，完全不考虑滑体本身的应力应变关系。各种方法的最大不同之处仅仅在于对相邻条块之间的内力作何种假定，也就是如何增加已知条件使超静定问题变成静定问题。这些假定的物理意义是不同的，所能满足的平衡条件也不相同，计算步骤也有简有繁。因此，在具体应用时应注意它们各自的适用场合。表4-1给出了各种方法所能满足的平衡条件及适用情况 。,4.1适用条件,表4-1 各种方法所满足的平衡条件,4.2 实例计算结果比较,为验证不同稳定性计算方法的差异性，特选取了11个具有不同岩组、滑动面性质的滑坡进行稳定性计算。所选例子主要来自三峡库区滑坡、或已在期刊杂志中发表了的滑坡例子，所选例子计算工况见表4-2,表4-2 滑坡稳定性计算实例工况,表4-3 滑坡稳定性计算结果,采用传递系数法、Fellenius法、Bishop法和Janbu法分别对11 个滑坡进行稳定性系数计算，计算结果见表4-3和图4-1、图4-2。,图4-1 自然和低水位工况计算结果对比,图4-2 特殊工况计算结果对比,对比结果,（1）除传递系数法外，Fellenius法（瑞典条分法）计算得到的稳定系数值最小，在E、F这两个滑坡计算中尤为明显。这一结论是与其他他学者的研究成果一致。对于等于零或数值很小的软粘土，滑裂面底部的正应力对有效抗剪强度影响较小。用瑞典圆弧滑动法求出的稳定系数并不一定比其它方法来得保守。当比较大时，用瑞典圆弧滑动法求出的结果就显得偏低些； 用其它方法却得出大致相同的结果；出现了较大的偏差外，其余计算结果和传递系数法较接近； （2）Bishop 法、Janbu法计算结果普遍略大于Fellenius法和传递系数法。据有关学者的经验所得，同样的力学破坏模型，同样力学参数，不同的计算方法，稳定系数计算结果可相差30%；,（4）总体来说，在四种计算方法中，传递系数法与其它方法具有很好的可比性，其稳定系数略小。由于它适用于任意形状滑动面滑坡，并且还可计算出滑坡推力。因此，在一般情况下，推荐为首选计算方法； 注：由于传递系数法公式在物理意义不清的问题，在国际上并未得到广泛认可。 （5）稳定性计算方法对不同滑坡的结果趋势是不完全相同的。有的差异较大，而其它滑坡的差异相对较小。可见，在滑坡稳定性计算时，应尽量选择与假设条件相近的计算方法。,4.3传递系数法误差源分析,开发的LASA软件验算结果表明，经典的教科书上 例子，误差极小，可以忽略不计；三峡库区滑坡实例 的验算得出的稳定系数，与二期勘察报告结果相比有 大有小，个别较大的误差达24%，总体上LASA软件 所计算的稳定系数值大4.716。分析认为，滑坡稳 定性评价误差源自以下三个方面： 1）计算机计算过程中的累积误差 2）条分数量差异造成的误差 3）计算公式的差异造成的误差,图4-3 宝塔坪1-4 涉水不同条分时Fs曲线,图4-4 西五路1-1无水不同条分时Fs曲线,4.4 关于渗透压力计算公式问题,渗透压力计算公式的差异，如， ，为浸润线的倾角 ，为浸润线的倾角 ，、分为滑面倾角和浸润 线的倾角,图4-7 浸润线于滑动面近平行或相差10,当浸润线与滑动面近乎平行（=，图4-7a）时，或者倾角的差在10以内（，图4-7b）时，用 计算基本合理。,情况一 当浸润线与滑动面近乎平行，或两者倾角的差在10以内时,情况二 当滑动面的倾角和水位线的倾角差值大于10时,图4-8 滑动面后缘较陡倾（ii10）,对于这种情况，对于后滑坡缘陡倾滑面可视为透水边界的情况下，在计算动水压力时的角度可直接采用水位线的倾角以减小计算结果的误差。,情况三 当滑动面水平时,图4-9 滑动面近水平,当滑动面近水平，即0时（图4-9），若用 计算动水压力则偏小。三峡库区滑坡的中间部分，往往如此。如万州水平地层滑坡。对此种类型滑坡，计算的稳定系数结果将偏大。,情况四 当滑动面前缘出现反倾时,图4-10 滑动面的前缘为反倾,当滑动面前缘反倾时（见图4-10），计算式中 可以改成直接采用水位线的倾角来计算。,建议,LASA1.0采用计算机自动识别折点的方法进行条块的划分是合理的，考虑了滑动面、地形线等转折点。同时，条块的划分数可以在6-100之间选取，因此在计算中可以根据实际的需求进行划分，也可以将不同条块划分数的计算结果进行对比，当计算的结果趋于一个定值时，计算的稳定系数即为评价的稳定系数； 对于滑动面和水位线倾角反倾时，以及滑动面和水位线倾角差大于100的情况，由计算机自动识别，动水压力按照地下水位线的角度进行计算（J=sin）；而其他情况按为浸润线的倾角 计算； 对于因滑动面出现内凹的折点时，稳定性系数的计算仍按照传递系数法公式进行。若剩余推力小于0，则将剩余推力设为零进行计算； 由于采用公式（4-2）计算传递系数更精确、合理，采用计算机进行计算，复杂的迭代计算已不成问题，所以，无需考虑反复迭代计算的工作量问题，建议采用公式（4-2）计算传递系数。,五、危岩体稳定性评价,滑移式危岩体稳定性评价 倾倒式危岩体稳定性评价 坠落式危岩体稳定性评价,5.1 危岩体稳定性评价的荷载组合、安全系数,5.1.1 危岩体稳定性评价的荷载组合,表5-1 危岩体稳定性评价的荷载组合情况,表5-2 危岩稳定性安全系数,5.1.2安全系数,5.1.3 危岩体稳定状态利用稳定系数判断危岩稳定状态时，应符合表5-3的规定。,表5-3 危岩体稳定性状态,5.2滑移式危岩体稳定性评价,a）后缘无陡倾裂隙时按下式计算,b)后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾时，滑移式危岩稳定性的评价方法等同与滑坡稳定性评价方法中的单平面法。,图5-1 滑移式危岩稳定性计算（后缘无陡倾裂隙）,5.3倾倒式危岩体稳定性评价,a) 由后缘岩体抗拉强度控制时,(危岩体重心在倾覆点之外时),(危岩体重心在倾覆点之内时),图5-2 倾倒式危岩稳定性计算（由后缘岩体抗拉强度控制）,b)由底部岩体抗拉强度控制时，按下式计算(图5-3)。,图5-3 倾倒式危岩稳定性计算（由底部岩体抗拉强度控制）,5.4 坠落式危岩体稳定性评价,a)对后缘有陡倾裂隙的悬挑式危岩按下列二式计算，稳定性系数取两种计算结果中的较小值,图5-4 坠落式危岩稳定性计算（后缘有陡倾裂隙）,b)对后缘无陡倾裂隙的悬挑式危岩按下列二式计算，稳定性系数取两种计算结果的较小值,图5-5 坠落式危岩体稳定性计算（后缘无陡倾裂隙）,六、库岸塌岸预测,E卡丘金法(推荐方法) C佐洛塔廖夫法,6.1 卡丘金法（ E卡丘金于1949 ）,最终塌岸预测宽度计算公式为：,该式的实质是依据实测的洪、枯水水变幅带各类岩土岸坡长期稳定坡角，根据几何关系用图解法求解库岸最终塌岸宽度，其精度取决于计算参数的选定。,图6-1 卡丘金方法预测塌岸图解,6.2 左洛塔廖夫法（C o ，1955）,绘制出预测地点的地形地质剖面： 标出水库正常高水位线与水库最低水位线； 由正常高水位向上标出波浪爬高线，爬升高度hB可取一个波高； 由最低水位向下，标出波浪影响深度线。影响深度hp取（1/31/4）波长，粘性土应大一些，砂土小些；,图6-2 佐洛塔廖夫法预测塌岸图解（C o ，1955）,在波浪影响深度线上选取a点，该点位于堆积浅滩带与浅滩外缘陡坡带之转折点处，该点的选取应使堆积系数ka之值与图中所列数值相符； 由a点向下，根据浅滩堆积物的岩性绘出外缘陡坡，使之与原斜坡线相交：其稳定坡度1：粉细砂土和粘性土为812，卵石层和粗砂土为1812。由a点向上绘出堆积浅滩的坡面线，与原斜坡线相交于b点：其稳定坡度2 ：细粒砂土为11.5，粗砂小砾石为35； 由b点作冲蚀浅滩的坡面线，与正常高水位线相交于c点，其稳定坡度3：视b、c间岸坡岩性而定； 由c点作波浪爬升带的坡面线，与波浪爬升高度水位线相交于d点，其稳定坡度4按照庆地方规范地质灾害防治工程勘察规范，【DB50/143-2003】中的图3-2法采取； 绘制水上岸坡坡面线de；5据自然坡角确定； 检验堆积系数与经验数据是否相符，如不符则向左或向右移动a点并按上述重新作图，直至适合为止。,七、几点体会,要准确认识滑坡是非常困难的，需要非常丰富的实践经验； 地质勘察成果往往是一（多）孔之偏见，并不全面； 评价滑坡稳定性的方法多种多样，但假设条件各异，有一定的适用条件； 目前尚无法合理地考虑静动水压力这个关键因素； 治理滑坡不单单是一个技术问题，涉及复杂的社会问题。,单纯的数学计算结果是十分危险的，必须结合工程经验进行综合判断！,谢谢,