第七章土坡稳定资料课件

第七章 土坡稳定分析第七章 土坡稳定分析具有倾斜面的土体具有倾斜面的土体坡肩 坡顶坡面坡角坡趾坡高7.1 概述7.2无黏性土土坡的稳定分析7.3黏性土土坡的稳定分析第七章 土坡稳定分析一.土坡1天然土坡天然土坡：由于地质作用自然形成的土坡。由于地质作用自然形成的土坡。7.1 概述概述山、岭、丘、岗、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡2人工土坡：人工土坡：在天然土体中开挖或填筑而成的土坡。在天然土体中开挖或填筑而成的土坡。挖方：沟、渠、坑、池挖方：沟、渠、坑、池填方：堤、坝、路基、堆料填方：堤、坝、路基、堆料江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡土坡土坡:具有倾斜面的土体具有倾斜面的土体滑坡滑坡一种重大的地质灾害，我国是滑坡一种重大的地质灾害，我国是滑坡 灾害频发的国家。灾害频发的国家。边坡丧失其原有稳定性，一部分岩土体相对于另一部分岩土体发生滑动的现象滑动体滑动面滑坡前缘滑坡壁滑坡方向7.1 概述概述二.滑坡二.滑坡什么是滑坡？指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。7.1 概述概述一部分土体一部分土体在在外因外因作用下，作用下，相对相对于另一部分土体于另一部分土体滑动滑动7.1 概述概述1、土坡失稳的原因、土坡失稳的原因二、滑坡二、滑坡（1）土坡作用力发生变化）土坡作用力发生变化（2）土的抗剪强度降低）土的抗剪强度降低（3）静水压力）静水压力（4）渗透力）渗透力 2、滑坡的形状：、滑坡的形状：黏性土均质土坡：曲线形状、坡顶处滑动面近于垂直，坡角处与黏性土均质土坡：曲线形状、坡顶处滑动面近于垂直，坡角处与地面斜交；地面斜交；无黏性土坡：近似于直线；有软弱夹层土坡：出现自由曲面和直无黏性土坡：近似于直线；有软弱夹层土坡：出现自由曲面和直线组成的复合滑动面。线组成的复合滑动面。本章研究的均为本章研究的均为简单土坡。简单土坡。坡肩 坡顶坡面坡角坡趾坡高土坡中土体内部某个面上土坡中土体内部某个面上的剪应力达到了土的抗剪的剪应力达到了土的抗剪强度强度7.1 概述概述3、滑坡的类型：、滑坡的类型：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 三峡库区滑坡问题蓄水v2001年，重庆市云阳县就发生了两次大型滑坡，重庆市武隆边坡年，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失稳造成79人死亡。国务院已经决定拨款人死亡。国务院已经决定拨款40亿元，用于三峡库区亿元，用于三峡库区地质灾害治理。仅重庆就有地质灾害治理。仅重庆就有150多个治理工程。多个治理工程。1989年1月8日 坡高103m 地质：流纹岩中有强风化的密集节理，还包括一个小型不连续面。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。漫湾滑坡漫湾滑坡西藏易贡巨型滑坡西藏易贡巨型滑坡时间：时间：2000年年4月月9日日规模：坡高规模：坡高3330 m,堆积体堆积体2500m、宽约宽约 2500m，总方量总方量=280-300106 m3天然坝：坝高天然坝：坝高=290 m,库容库容=1534 106 m3地质：风化残积土。地质：风化残积土。险情：湖水以每日险情：湖水以每日0.5 m速度上升。速度上升。楔形槽楔形槽滑坡后缘高程滑坡后缘高程5520m易贡滑坡堰塞湖易贡滑坡堰塞湖滑滑 坡坡 堆堆 积积 区区扎扎木木弄弄沟沟易贡巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意图易贡巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意图5520m2264m2210m2165m2340m易贡茶厂易贡茶厂高程（高程（m）滑距（滑距（m）滑坡堆积体滑坡堆积体2210m易易贡贡藏藏布布2264m553022004000080004000易贡巨型高速滑坡剖面示意图易贡巨型高速滑坡剖面示意图200060002340m扎扎 木木 弄弄 沟沟滑坡堰塞湖滑坡堰塞湖易贡湖易贡湖湖水每天上涨50cm！公路路基滑坡城市中的滑坡问题（香港，重庆）填填方方挖挖方方7.1 概述概述香港香港1900年建市，年建市，1977年成立土力工程署年成立土力工程署港岛港岛1972 Po Shan 滑坡滑坡(20,000 m3)(67 死、死、20 伤伤)Po Shan RoadPo Shan RoadConduit RoadConduit RoadNotewellNotewell Road RoadEarly 1972 Early 1972 滑坡前滑坡前滑坡前滑坡前June 1972 June 1972 滑坡后滑坡后滑坡后滑坡后如何分析、判断？无黏性土坡无黏性土坡-简单简单黏性土坡黏性土坡-复杂复杂7.2 无黏性土土坡的稳定分析无黏性土土坡的稳定分析7.2无黏性土土坡的稳定分析破坏形式：表面浅层滑坡破坏形式：表面浅层滑坡强度参数：内摩擦角强度参数：内摩擦角 考察一无限长坡，坡角为考察一无限长坡，坡角为 分析一分析一微单元微单元AWTNaA直线滑动法分析直线滑动法分析 一.不考虑渗流作用的土坡 1)微单元微单元A自重：自重：2)沿坡滑动力：沿坡滑动力：3)对坡面压力：对坡面压力：(由于无限土坡两侧作用力抵消由于无限土坡两侧作用力抵消)7.2无黏性土土坡的稳定分析无黏性土土坡的稳定分析TfNWNWTAWTfN l h5)抗滑安全系数：抗滑安全系数：4)抗滑力：抗滑力：无渗流作用的土坡讨论7.2无黏性土土坡的稳定分析无黏性土土坡的稳定分析可见安全系数与土容重可见安全系数与土容重 无关无关与所选的微单元大小无关。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即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面 上安全系数上安全系数k都相等都相等思考题思考题：在干坡及静水下坡中，：在干坡及静水下坡中，如如 不变，不变，k有什么变化有什么变化 当当 时时，,称称为为天天然休止角然休止角二.考虑渗流作用的土坡7.2无黏性土土坡的稳定分析无黏性土土坡的稳定分析底面支撑力底面支撑力N，底面抗滑力底面抗滑力TfTf渗透力平行坡面渗透力平行坡面NWTAWN l hJTfNWJ(2)滑动力滑动力：(1)取微单元取微单元A的土骨架为隔离体，作用力的土骨架为隔离体，作用力自重：自重：渗透力：渗透力：(3)抗滑力：抗滑力：(4)抗滑安全系数：抗滑安全系数：有沿坡渗流情况讨讨 论：论：7.2无黏性土土坡的稳定分析 与无渗流比较与无渗流比较k减小近一倍减小近一倍注注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏 与所选与所选 V大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同 与容重有关与容重有关TfWNA l hJ7.3 黏性土坡的稳定分析强度参数：黏聚力强度参数：黏聚力C，内摩擦角内摩擦角 破破坏坏形形式式：危危险险滑滑裂裂面面位位置置在在土土坡坡深深处处，对对于于均均匀匀土土坡坡，在在平平面面应应变变条条件件下下，其其滑滑动动面面可可用用一一圆弧（圆柱面）近似。圆弧（圆柱面）近似。7.3黏性土坡的稳定分析OR滑动面大多为一曲面，破坏前，一般在坡顶首先出现张力裂缝，然后沿某一曲面产生整体滑动。此外，滑动体沿纵向也为一定范围的曲面，为了简化，进行稳定性分析时往往假设滑动面为圆筒面，并按平面应变问题处理。根据土坡的坡脚大小、土体强度指标以及土中硬层位置的不同，圆筒滑动面的形式一般有以下三种：(1)圆弧滑动面通过坡脚，称为坡脚圆 (2)圆弧滑动面通过坡面，称为坡面圆 (3)圆弧滑动面通过坡脚以外的点，称为中点圆 均质土层7.3黏性土坡的稳定分析坡脚圆坡面圆中点圆7.3黏性土坡的稳定分析常用的稳定分析方法常用的稳定分析方法整体圆弧滑动法（包括稳定数法）。条分法：如瑞典条分法、Bishop条分法、Janbu条分法、Spencer 法、MorgensternPrice法等。折线滑动法（不平衡推力法）7.3黏性土坡的稳定分析7.3 黏性土坡的稳定分析1 瑞典圆弧法瑞典圆弧法2 条分法条分法3 半图解分析法确定最危险滑弧半图解分析法确定最危险滑弧OR7.3黏性土坡的稳定分析广泛使用广泛使用的圆弧滑的圆弧滑动法最初动法最初是由瑞典是由瑞典工程师提工程师提出的。出的。冰川沉积冰川沉积厚层软黏厚层软黏土土一、整体圆弧法（瑞典圆弧法）7.3黏性土坡的稳定分析一、瑞典圆弧法（整体圆弧法）（一）分析计算方法（一）分析计算方法 1 1假设条件：假设条件：均质土均质土 二维二维 圆弧滑动面圆弧滑动面 滑动土体呈刚性转动滑动土体呈刚性转动 在滑动面上处于极限平衡状态在滑动面上处于极限平衡状态ORdW7.3黏性土坡的稳定分析一、整体圆弧法（瑞典圆弧法）（一）分析计算方法（一）分析计算方法 2.平衡条件（各力对平衡条件（各力对O的力矩平衡）的力矩平衡）(1)滑动力矩滑动力矩：(3)安全系数安全系数：(2)抗滑力矩抗滑力矩：ORdCBAW7.3黏性土坡的稳定分析黏性土坡的稳定分析ADC的弧长的弧长 D（二）讨论1.其中圆心其中圆心O及半径及半径R是任意假设的，还必是任意假设的，还必须计算若干组（须计算若干组（O,R）找到最小安全系数找到最小安全系数 最可能滑动面最可能滑动面2.适用于饱和黏土适用于饱和黏土7.3黏性土坡的稳定分析(三)验算步骤（1）假定多个不同的滑弧；）假定多个不同的滑弧；（2）试算求出多个相应的稳定安全系数；）试算求出多个相应的稳定安全系数；（3）求最小稳定安全系数对应的滑弧（最危险滑）求最小稳定安全系数对应的滑弧（最危险滑弧）。弧）。对应最危险滑弧。对应最危险滑弧。7.3黏性土坡的稳定分析注注:无法求理论解，是无法求理论解，是 一个边值问题，应通过一个边值问题，应通过数值计算解决。一个简数值计算解决。一个简化解决方法是将滑动土化解决方法是将滑动土体分成条体分成条条分法条分法。实。实际是一种离散化计算方际是一种离散化计算方法法二、条分法的基本原理及分析1定义：定义：AORCsbB-2-1012345677.3黏性土坡的稳定分析 常用的条分法将滑动土体分成常用的条分法将滑动土体分成n个等宽度的土条个等宽度的土条（b=0.1R)，分别求出个土条对滑弧圆心的抗滑动力矩，分别求出个土条对滑弧圆心的抗滑动力矩和滑动力矩，求出总和后计算稳定安全系数；和滑动力矩，求出总和后计算稳定安全系数；2.条分法第i条土的作用力E2i7.3黏性土坡的稳定分析WiE1iF2iNiTiF1iabcdLi摩擦力7.3黏性土坡的稳定分析假定假定E1i、E2i及及F1i、F2i分别为作用力和反作用力，因而作用在土分别为作用力和反作用力，因而作用在土条上的力只有条上的力只有Wi、Ni、Ti（由此产生的误差在（由此产生的误差在10%15%之间，之间，偏于安全）根据隔离体的平衡条件：偏于安全）根据隔离体的平衡条件：NiWiTiabcdLi土条自重切向力土条自重切向力Ti对滑动圆心产生的滑动力矩对滑动圆心产生的滑动力矩：土条底部抗剪强度对滑动圆心产生的抗滑动力矩：土条底部抗剪强度对滑动圆心产生的抗滑动力矩：则则 稳定安全系数稳定安全系数 2.条分法讨论：7.3黏性土坡的稳定分析当有成层土和有地下水情况时：当有成层土和有地下水情况时：（1）分层计算土条重量；）分层计算土条重量；（2）c、按滑弧通过的土层采用不同值；按滑弧通过的土层采用不同值；（3）地下水位以下采用有效重度。）地下水位以下采用有效重度。则：则：稳定安全系数稳定安全系数 三、半图解分析法确定最危险滑弧7.3黏性土坡的稳定分析作图步骤：作图步骤：1、按比例绘制土坡断面图；、按比例绘制土坡断面图；2、查表、查表7.1得得1、2，确定确定O点；点；3、确定、确定M点位置（位于坡顶下点位置（位于坡顶下2H深度处，距坡脚水平距离为深度处，距坡脚水平距离为4.5H），连接），连接MO;4、当、当=0时，最危险滑动圆心即为时，最危险滑动圆心即为O点；点；当当0时，最危险滑弧圆心在时，最危险滑弧圆心在MO的延长线附近；的延长线附近；5、沿、沿MO延长线去取延长线去取o1、o2作为圆心，过坡脚绘出相应的作为圆心，过坡脚绘出相应的滑弧，求出稳定安全系数滑弧，求出稳定安全系数 kmin所对应的圆心所对应的圆心on7.3黏性土坡的稳定分析6、过、过on作作MO的垂直线的垂直线DE，并在，并在DE线上任意选取线上任意选取 同上述方法求出最小稳定安全系数对应的同上述方法求出最小稳定安全系数对应的 点，点，即为最危险滑弧圆心，过坡脚得到最危险的滑弧；即为最危险滑弧圆心，过坡脚得到最危险的滑弧；7.3黏性土坡的稳定分析坡角坡角坡度（垂直：坡度（垂直：水平）水平）（）（）601：0.582940451：1283733411：1.5263526341：2.0253518261：3.0253514021：4.0253711191：5.02537表表7.1 的数值的数值四、土体稳定性的影响因素（一）抗剪强度指标及稳定安全系数的选择（一）抗剪强度指标及稳定安全系数的选择7.3黏性土坡的稳定分析a、对任一种给定的土来说，强度指标变化幅度之大远超过不同静、对任一种给定的土来说，强度指标变化幅度之大远超过不同静力计算方法之间的差别。应尽可能结合边坡的实际加荷情况，填力计算方法之间的差别。应尽可能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。料的性质和排水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。b、重要的工程应采用有效强度指标进行核算。、重要的工程应采用有效强度指标进行核算。c、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、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。度指标。d、在设计土坡时，如附近有已经滑动的土坡，可用反分析法确定、在设计土坡时，如附近有已经滑动的土坡，可用反分析法确定土的抗剪强度。土的抗剪强度。1、土的抗剪强度指标值、土的抗剪强度指标值2 2、安全系数的选用、安全系数的选用a、一般来说，工程等级愈高，所需要的安全系数愈大。、一般来说，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，各个部门有不同的目前，对于土坡稳定的安全系数，各个部门有不同的规定。规定。b、同一边坡稳定分析，选用不同的试验方法、不同的、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。稳定分析方法，会得到不同的安全系数。7.3黏性土坡的稳定分析（一）抗剪强度指标及稳定安全系数的选择（一）抗剪强度指标及稳定安全系数的选择（二）工程中的土坡稳定分析计算（二）工程中的土坡稳定分析计算1、成层土和超载对土坡稳定的影响、成层土和超载对土坡稳定的影响（1）成层土层）成层土层 a、b、对、对 土条，当土条底面落在哪层土中，就用该层土的土条，当土条底面落在哪层土中，就用该层土的强度指标强度指标（2）有超载的情况）有超载的情况坡面或坡顶超载直接加入其所在土条的自重中去。坡面或坡顶超载直接加入其所在土条的自重中去。7.3黏性土坡的稳定分析（三）渗流对土坡稳定的影响（三）渗流对土坡稳定的影响1、静水情况、静水情况 在静水条件下周界上的水压力对滑动土体的影响可在静水条件下周界上的水压力对滑动土体的影响可用静水面以下滑动土体所受的浮力来代替，所以稳定安用静水面以下滑动土体所受的浮力来代替，所以稳定安全系数公式同前，只是水下土条重量取有效重度全系数公式同前，只是水下土条重量取有效重度 计算计算.2、稳定渗流情况、稳定渗流情况（1）“代替法代替法”用代替法考虑渗流力对土坡稳定的影响，仅是在安用代替法考虑渗流力对土坡稳定的影响，仅是在安全系数计算公式中，土条重量在浸润线以上者用天然容全系数计算公式中，土条重量在浸润线以上者用天然容重重，坡外水位以下者用有效重度，坡外水位以下者用有效重度。而对浸润线以下坡。而对浸润线以下坡外水位以上的土条重量：分子用有效重度外水位以上的土条重量：分子用有效重度，分母用饱，分母用饱和容重和容重sat计算。计算。7.3黏性土坡的稳定分析h1ih2ih3ibi7.3黏性土坡的稳定分析（三）渗流对土坡稳定的影响（三）渗流对土坡稳定的影响（1）“代替法代替法”设滑动土体在浸润线以下部分设滑动土体在浸润线以下部分fgBfgB的面积的面积为为A Aw w，则作用在该部分土体上每米的渗流合力则作用在该部分土体上每米的渗流合力D D为为 D=J AD=J Aw w=w w i i A Aw w kN/mkN/m3 3 J J作用在单位体积土体上的渗流力作用在单位体积土体上的渗流力，i i 面面积积A Aw w范范围围内内水水头头梯梯度度平平均均值值，可可近近似似地地假假定定i i等等于于浸浸润润线线两两端连线的坡度。端连线的坡度。渗渗流流合合力力D D的的作作用用点点在在fgBfgB的的形形心心，方方向向假假定定与与fgfg平平行行。对对滑滑动动圆心圆心O O的力臂为的力臂为r r，则则费伦纽斯法的费伦纽斯法的费伦纽斯法的费伦纽斯法的K K为：为：为：为：毕肖普条分法的毕肖普条分法的毕肖普条分法的毕肖普条分法的K K为为为为方法二：渗流合力法方法二：渗流合力法7.3黏性土坡的稳定分析（三）渗流对土坡稳定的影响（三）渗流对土坡稳定的影响