第九章-土坡稳定分析--《土质学与土力学》教学课件

,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,*,土质学与土力学,第九章 土坡稳定分析,概述,基本概念与基本原理,概述,天然土坡,人工土坡,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,坡底,坡脚,坡角,坡顶,坡高,土坡稳定分析问题,概述,1天然土坡,江、河、湖、海岸坡,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,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,W,T,T,N,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,3.粘性土坡稳定性分析,(1)瑞典圆弧滑动法,N,f,W,R,O,B,d,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，,f,c,u,C,A,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,C,R,d,B,A,W,f,O,N,A,z,0,深度近似采用土压力临界深度,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,F,s,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,假定若干滑动面,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,(2)条分法,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,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,各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩,滑动土体分为若干垂直土条,土坡稳定安全系数,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,(2)条分法,条分法分析步骤I,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,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,c,d,b,a,l,i,X,i,P,i,X,i+1,P,i+1,N,i,T,i,W,i,静力平衡,假设两组合力(,P,i,，X,i,)(,P,i1,，X,i1,),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,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,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,c,d,b,a,l,i,X,i,P,i,X,i+1,P,i+1,N,i,T,i,条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数,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,DP,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）,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 Fs=1.0,计算,m,q,i,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：,抗剪强度指标,c,和,、重度,、土坡的尺寸坡角,和坡高,H,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,根据不同的,绘出,与,N,s,的关系曲线,泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：,已知坡角,及土的指标,c,、,、,，求稳定的坡高,H,已知坡高,H,及土的指标,c,、,、,，求稳定的坡角,已知坡角,、坡高,H,及土的指标,c,、,、,，求稳定安全系数,F,s,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,