第6章边坡稳定

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,二,.,滑坡,1,滑坡的危害：,滑坡是重大自然灾害：土、岩,我国是滑坡灾害频发国家,二,.,滑坡,2,造成滑坡的原因：,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,）土中水位升、降,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,二,.,滑坡,滑坡的形式,平动,崩塌,转动,流滑,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,）抗滑安全系数：,W,T,N,a,A,坡与水平夹角为,砂土内摩擦角,无渗流的无限长土坡讨论,当,=,时，,F,s,=1.0,，天然休止角,可见安全系数与土容重,无关,思考题,：在干坡及静水下坡中，如,不变，,F,s,有什么变化,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,F,s,都相等,二,.,有沿坡渗流情况,1,沿坡渗流的情况：,降雨,水位骤降的土坝（堤）上游,正常蓄水土坝下游,二,.,有沿坡渗流情况,(1),自重：,取微单元,A,，以土骨架为隔离体，作用力：,(2),渗透力：（方向：平行于土坡）,(3),滑动力：,(4),抗滑力：,(5),抗滑安全系数：,W,T,N,a,A,h,l,2,无限长有沿坡渗流的砂土坡安全系数,二,.,有沿坡渗流情况,与无渗流比较,F,s,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,思考题,:,推导有垂直向内渗流时，砂土坡安全系数为多少？,与所选,V,大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同,与容重有关,7.3,粘性土坡的稳定分析,由于存在粘聚力,C,，与无粘性土坡不同,其危险滑裂面位置在土坡深处，对于均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似。,二、整体圆弧法（瑞典圆法）,（一）分析计算方法,1,假设条件：,均质土,二维,圆弧滑动面,滑动土体呈刚性转动,在滑动面上处于极限平衡条件,二、整体圆弧法（瑞典圆弧法）,（一）分析计算方法,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，,注,：（其中 是未知函数）,(2),抗滑力矩：,（二）讨论,.,当,0,时，,n,是,l(x,y),的函数，无法得到,F,s,的,理论解,.,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,最危险滑裂面的经验方法,1,）圆心,1,2,交点第一步（过坡角）,2,）围线上述,O,变化几个圆心，然后根据趋势,找最低安全系数中心,二、条分法的基本原理及分析,1,原理,注,:,（无法求理论解，是 一个边值问题，应通过数值计算解决。但有限元法往往无法给出安全系数，且受本构模型影响，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：,n,是,l(x,y),的函数,2.,条分法中的和求解条件,第,I,条土的作用力,2,条分法中的力和求解条件,W,i,是已知的,作用在土条体底部的力与作用点：,Ni Ti ti,共,3n,个,作用在边界上的力及作用点：,P,i,H,i,h,i,共,3(n-1),个,（两端边界是已知的）,假设总体安全系数为,F,s,（且每条,F,s,都相等）,共,1,个,未知数合计,=3n+3(n-1)+1=6n-2,（,1,）共,n,条土的未知量数目,(2),力平衡条件（求解条件）,各条：,水平向静力平衡条件：,2 x=0,共,n,个,垂直向静力平衡条件：,2 y=0,共,n,个,力矩平衡条件：,2 M,0,=0,共,n,个,在,n,个滑动面上各条处于极限平衡条件：,共,n,个,求解条件共,4n,个,（,3,）讨论,由于未知数为,6n-2,个,求解条件为,4n,个,二者相差,(2n-2),因而出现了不同的假设条件，对应不同计算方法,整体圆弧法：,n=1,6n-2=4n,简单,(,瑞典,),条分法：,P,i,=H,i,=h,i,=0,t,i,=,l,i,/2,共,3,（,n-1,）个,其他方法：,大多是假设,力作用点位置,或,忽略一些条间力,三,.,简单条分法（瑞典条分法）,1,基本原理：,忽略了所有条间作用力，即：,P,i,=H,i,=h,i,=0,3n-3,t,i,=,l,i,/2,n,共计减去,4n-3,未知数,未知数为,2n+1,2.,安全系数计算,N,i,方向静力平衡（,n,个）,求解方程（,2n+1,）个,滑动面上极限平衡（,n,个）,总体对圆心的力矩平衡滑动力矩,=,抗滑力矩（,1,个）,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,l,i,W,i,i,变化圆心,O,和半径,R,Fs,最小,END,4.,简单条分法的讨论,*由于忽略3条间力，有4,n,个平衡条件。实际用2,n+1,个，有些平衡条件不能满足,忽略了条间力，,所,计算安全系数,F,s,偏小，假设圆弧滑裂面，使,F,s,偏大，最终结果是,F,s,偏小，,越大,F,s,越偏小,假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别,一般情况下，,F,2,偏小10%左右工程应用中偏于安全,0#条水平方向,力不平衡,1.,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,为矩平衡,D,P,i,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,H,i,，共,(n-1),个条件,设,H,i,=0,则条件够了,简化,Bishop,法，忽略条间切向力）,四、毕肖甫（,Bishop,）,法,求解条件,平衡条件：,2n+1,未知条件：,6n-2,1,）由于竖向力平衡,P,i,(,P,i,),不出现,（,n-1,）,2,）不计各条力矩平衡,t,i,及,h,i,（,2n-1,）,3),假设,H,i,=0,（不计条间切向力）,(n-1),2,安全系数公式,其中,3.,毕肖甫法计算步骤,圆心,O,，半径,R,设,Fs=1.0,计算,m,q,i,YES,Fs,最小,END,计算,No,YES,No,五,.,普遍条分法（简布,Janb,法）,五,.,普遍条分法（简布,Janb,法）,1,原理与特点,（,3,）,6n-2,个未知数,(1),任意形式滑裂面，不一定圆弧,共计,6n-1,个条件,(2),假设,N,i,作用点,D,H/2 n,P,i,沿直线分布,n-1,4n,五,.,普遍条分法（简布,Janbu,法）,2,安全系数公式,计算比较繁杂,六,.,几种分析计算方法的总结,一,.,两种分析法,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,c,u,或,c,cu,、,cu,二,.,土坝施工期边坡稳定分析,对于均质粘性土坝,1,总应力法：用不排水强度指标,C,u,，,u,2,有效应力法,（,1,）确定土坝中超静孔隙水压力（由于其中大小主应力 大致成比例）,二,.,土坝施工期边坡稳定分析,(2),绘制等孔压图,(3),计算抗滑稳定安全系数,三,.,稳定渗流期土坝抗滑安全系数,1,以土体（颗粒,+,孔隙水）为隔离体,2,简单条分法,3,计算,三,.,稳定渗流期土坝抗滑安全系数,W,i,自重计算,h,2,h,1,h,3,h,t,下游水位,D,等势线,浸润线,h,1,天然容重,bh,1,h,2,饱和容重,bh,2,sat,h,3,浮容重,bh,2,条底孔压,lh,+,w,