边坡加固支挡结构分析计算方法

v边坡工程作为重要的辅助工程在道路、水利、边坡工程作为重要的辅助工程在道路、水利、国防、矿山等领域广泛出现。国防、矿山等领域广泛出现。v为了保证主体工程的正常运营，边坡的安全为了保证主体工程的正常运营，边坡的安全性与否至关重要。性与否至关重要。v如何评判边坡是否安全，或者说边坡的稳定如何评判边坡是否安全，或者说边坡的稳定性状况如何？性状况如何？v对于不稳定的边坡又该如何处置？对于不稳定的边坡又该如何处置？第八讲第八讲 边坡稳定性及加固支挡结边坡稳定性及加固支挡结构分析计算方法构分析计算方法 v极限平衡法极限平衡法 边坡稳定性分析边坡稳定性分析3类方法：类方法：刚体分析理论，计算前提条件：刚体分析理论，计算前提条件：滑面位置已知滑面位置已知v数值模拟法数值模拟法v概率论法概率论法建立数值分析模型，进行数值计算。常见方法：建立数值分析模型，进行数值计算。常见方法：有限单元法、有限差分法、离散元法、有限单元法、有限差分法、离散元法、DDADDA法、法、MEMMEM法法 以可靠度理论为基础，建立边坡稳定的极限状态方以可靠度理论为基础，建立边坡稳定的极限状态方程，再进行边坡稳定的可靠度或失效概率分析。需程，再进行边坡稳定的可靠度或失效概率分析。需要对大量参数的数理统计，操作较麻烦。要对大量参数的数理统计，操作较麻烦。8.1 8.1 简单边坡的稳定分析简单边坡的稳定分析 1 1）土质边坡土质边坡v圆弧滑动：条分法圆弧滑动：条分法:Fellenius:Fellenius法、法、BishopBishop法法v平面滑动：简单极限平衡法平面滑动：简单极限平衡法粘性土边坡粘性土边坡砂性土边坡砂性土边坡关键计算量：关键计算量：v实际抗滑力矩（下滑力矩）实际抗滑力矩（下滑力矩）v极限抗滑力矩极限抗滑力矩即不计条间作用力对滑动中心的力矩及即不计条间作用力对滑动中心的力矩及对滑面上正压力对滑面上正压力N Ni i的影响。的影响。基本假定：基本假定：稳定系数定义：稳定系数定义：K Ks s极限抗滑力矩极限抗滑力矩/实际抗滑力矩（等于下滑力矩）实际抗滑力矩（等于下滑力矩）同一土条两侧的条间力，大小相等，同一土条两侧的条间力，大小相等，方向相反，作用于一条直线上。方向相反，作用于一条直线上。应用注意：应用注意：同一坡体坡中存在多个潜在滑面，逐个同一坡体坡中存在多个潜在滑面，逐个计算，找出其中稳定系数最小值者为坡计算，找出其中稳定系数最小值者为坡体稳定系数，对应滑面为最危险滑面或体稳定系数，对应滑面为最危险滑面或叫临界滑面，相应圆心即为临界圆心。叫临界滑面，相应圆心即为临界圆心。简单土坡的试算搜索简易经验办法：简单土坡的试算搜索简易经验办法：（1 1）0 0的土体，临界滑面经过坡脚，根据的土体，临界滑面经过坡脚，根据坡角及坡角及a a、b b两角确定临界圆心位置。两角确定临界圆心位置。（2 2）00的土体，临界滑面一般仍经过坡脚，的土体，临界滑面一般仍经过坡脚，在在EOEO线的延长线上任取点试算临界圆心。线的延长线上任取点试算临界圆心。关键点：关键点：（1 1）稳定系数定义为稳定系数定义为K KS Si i/i i，在各土条在各土条滑面上相等滑面上相等；（2 2）单个土条竖向力的平衡单个土条竖向力的平衡；（3 3）整体力矩平衡整体力矩平衡，即各个土条所受力，即各个土条所受力对滑动中心的力矩对滑动中心的力矩代数和代数和为零。为零。注意：注意：在迭代试算过程中，对于起抗滑作用的土条，在迭代试算过程中，对于起抗滑作用的土条，即即i01d1时时bBP土中桩刚弹性分辨点土中桩刚弹性分辨点（3 3）桩端（底端）边界条件）桩端（底端）边界条件xyQ0M0Bv（i i）自由端：）自由端：M=0M=0；Q Q0 0v（iiii）铰支端：）铰支端：M=0M=0；x x0 0v（iiiiii）固定端：）固定端：=0=0；x x0 0（4 4）具体算法）具体算法v刚性桩法刚性桩法计算：计算：桩体绕桩身某一点发生刚性转动，桩体绕桩身某一点发生刚性转动，有转角及转动中心位置两个未知量，根有转角及转动中心位置两个未知量，根据静力平衡条件直接解得。据静力平衡条件直接解得。前提：前提：若桩体刚度相对周围岩土体大得多，若桩体刚度相对周围岩土体大得多，视为刚性体，不计自身挠曲变形。视为刚性体，不计自身挠曲变形。内容：内容：主要分析段为主要分析段为锚固段锚固段，包括，包括桩侧抗力桩侧抗力分布模式、分布模式、桩身剪力桩身剪力与与弯矩弯矩分布模式。分布模式。v弹性桩法弹性桩法：基本法基本法、无量纲法无量纲法 基本法基本法：用弹性地基梁理论计算用弹性地基梁理论计算 044pmyxBdyxdEIxyQ0M0B微分平衡方程：微分平衡方程：k k法法：020kkhkhBSm m法法：滑动面滑动面 地基应力与位移间成线性关系地基应力与位移间成线性关系 由挠曲微分方程可推导出由挠曲微分方程可推导出 NoImage无量纲法：无量纲法：基于基于弹性桩的线弹性小变形弹性桩的线弹性小变形假定，桩身假定，桩身变形及内力、岩土体抗力、桩顶端荷变形及内力、岩土体抗力、桩顶端荷载之间应为线性关系，可采用载之间应为线性关系，可采用量纲分量纲分析原理析原理建立待求量的基本表达式，表建立待求量的基本表达式，表达式中含有有明确物理意义的无量纲达式中含有有明确物理意义的无量纲系数，再结合系数，再结合桩端的边界条件桩端的边界条件确定出确定出各待求量的具体表达式。各待求量的具体表达式。适于弹性抗力系数适于弹性抗力系数k k随深度变化随深度变化的各种情况。的各种情况。（5 5）m m法滑面上部有覆土的弹性抗力系数的处理法滑面上部有覆土的弹性抗力系数的处理前述的前述的m m法分析中，取法分析中，取k kmymy，在，在y y0 0处，处，k k0 0。xyQ0M0BS滑动面滑动面 实际上，在实际上，在y y0 0处，处，k k不不为为0 0。采用。采用线性外延线性外延的的方法处理，处理后新的方法处理，处理后新的计算桩顶端处仍为计算桩顶端处仍为k k0 0，仍可用前述仍可用前述m m法及其公法及其公式，但需先解出延展虚式，但需先解出延展虚拟点处的截面的位移及拟点处的截面的位移及内力。内力。h2hSNoImagekS0 xS、S、QS、MSxyQ0M0BS滑动面滑动面 AA A截面处的原条件：截面处的原条件：Q（y）Q0，M（y）M0XyB B截面处的边界条件：截面处的边界条件：设为自由端，则：设为自由端，则：Q（y）0，M（y）0在外延虚拟在外延虚拟S S点处有：点处有：及及4 4个未知量：个未知量：可由如下两个条件联立求解。可由如下两个条件联立求解。k0kB本讲小结本讲小结v边坡稳定分析基本方法极限平衡法，复杂问边坡稳定分析基本方法极限平衡法，复杂问题可兼顾数值模拟法；题可兼顾数值模拟法；v不同稳定系数定义有不同含义，注意区别使不同稳定系数定义有不同含义，注意区别使用；用；v注意锚杆计算分析模型的合理建立，确定锚注意锚杆计算分析模型的合理建立，确定锚拉力；拉力；v抗滑桩的两类计算模型，注意弹性地基梁法抗滑桩的两类计算模型，注意弹性地基梁法的基本原理。的基本原理。作业题作业题vP133 P133 习题习题 （按基本法计算）（按基本法计算）