第10章边坡稳定性.ppt

坡顶坡面坡角坡趾坡高具有倾斜面临空面的土体具有倾斜面临空面的土体土坡土坡土质均一，坡度不变，无地下水土质均一，坡度不变，无地下水简单土坡简单土坡坡肩v1 1天然土坡天然土坡 江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡v1 1天然土坡天然土坡贵州洪家渡贵州洪家渡贵州洪家渡 山、岭、丘、岗、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡v2人工土坡人工土坡 挖方：沟、渠、坑、池挖方：沟、渠、坑、池露露天天矿矿v2人工土坡人工土坡 填方：堤、坝、路基、堆料填方：堤、坝、路基、堆料土坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另土坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另一部分土体滑动的现象称滑坡。一部分土体滑动的现象称滑坡。滑坡滑坡滑坡的根本原因滑坡的根本原因:边坡中土体内部某个面上的剪应边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。力达到了它的抗剪强度。滑坡滑坡滑坡的形式滑坡的形式滑坡前征兆：坡顶下沉，坡脚隆起。滑坡前征兆：坡顶下沉，坡脚隆起。边坡稳定的因素：边坡稳定的因素：1.土体的类型：土体的类型：c、大，土坡安全；大，土坡安全；2.边坡的几何形状：坡高越高、坡角越大越不安全；边坡的几何形状：坡高越高、坡角越大越不安全；3.荷载：荷载：4.土体中水的影响：土体中水的影响：降雨、蓄水、使岩土软化；水流冲刷使坡脚变陡；降雨、蓄水、使岩土软化；水流冲刷使坡脚变陡；存在渗透力；存在渗透力；5.振动：爆破、地震引起土体抗剪强度减小。振动：爆破、地震引起土体抗剪强度减小。的因素的因素造成土坡失稳造成土坡失稳内在因素：内在因素：土体自身抗剪强度的降低土体自身抗剪强度的降低外在因素：外在因素：剪应力的增加剪应力的增加1996 年发生在美国加州的年发生在美国加州的 La Conchita，因居民已提前撤离，因居民已提前撤离，固未造成人员伤亡固未造成人员伤亡城市中的滑坡问题（香港，重庆）填方挖方1972年香港宝城大厦因滑坡倒塌年香港宝城大厦因滑坡倒塌江岸滑坡江岸滑坡开挖和填筑引起滑坡开挖和填筑引起滑坡滑动面形状：滑动面形状：n无粘性土无粘性土:平面平面 Rupture plane Slope in cohesionless soil 破裂面破裂面n均质粘性土均质粘性土:光滑曲面，圆弧光滑曲面，圆弧非非均质粘性土均质粘性土:复合滑动面复合滑动面 由多种土层组成或含软弱夹层的边坡若发生滑坡，由多种土层组成或含软弱夹层的边坡若发生滑坡，滑面形态复杂，一般称作滑面形态复杂，一般称作复合滑面复合滑面，复合滑面具，复合滑面具体形态要分析实际土层组成来预测体形态要分析实际土层组成来预测.TT均质的无粘性土土均质的无粘性土土坡，在干燥或完全坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒浸水条件下，土粒间无粘结力间无粘结力 只要位于坡面上的土单只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的整个坡面就是稳定的 单元体单元体稳定稳定TT土坡整土坡整体稳定体稳定NW10.2 10.2 无粘性土坡的稳定性无粘性土坡的稳定性 W边坡上土单元自重为边坡上土单元自重为cosWz下滑力下滑力:抗滑力抗滑力安全系数安全系数costantansintansWFW抗滑力下滑力取取 K=1=1得得tantan（天然休止角）（天然休止角）T所以当坡角小于土的内摩擦角时边坡稳定所以当坡角小于土的内摩擦角时边坡稳定.均质无粘性土坡均质无粘性土坡sinWT cosWNNtancos tanWNTtantansintancosWWTTK为了保证土坡具有为了保证土坡具有足够的安全储备，足够的安全储备，可取可取K=1.3K=1.31.51.5思考：简单无粘性土的边坡稳定性主要取决于思考：简单无粘性土的边坡稳定性主要取决于 (A)(A)坡角坡角 (B)(B)坡高坡高 (C)(C)坡角和坡高坡角和坡高WTTN稳定条件：稳定条件：T(T)sinTcosNsinwwiJ砂土的内砂土的内摩擦角摩擦角tancostan NT抗滑力与滑抗滑力与滑动力的比值动力的比值 安全系数安全系数tantansinsintancossatwJTTKJ有渗流情况下的无粘性土土坡稳定（顺坡渗流）有渗流情况下的无粘性土土坡稳定（顺坡渗流）10.3 粘性土土坡的稳定性粘性土土坡的稳定性粘性土颗粒之间存在粘结力，导致土坡整块下滑趋势。粘性土颗粒之间存在粘结力，导致土坡整块下滑趋势。均质粘性土坡均质粘性土坡发生滑坡时，其滑动面形状大多数为一近似发生滑坡时，其滑动面形状大多数为一近似于圆弧面的曲面。为了简化，在进行理论分析时通常采用于圆弧面的曲面。为了简化，在进行理论分析时通常采用圆弧圆弧面面计算。计算。圆弧滑动面圆弧滑动面:坡脚圆坡脚圆 坡面圆坡面圆 中点圆中点圆图图10-4 均质粘性土层中的滑动面均质粘性土层中的滑动面a)a)坡脚圆坡脚圆 b)b)坡面圆坡面圆 c)c)中点圆中点圆10.3.1 10.3.1 整体圆弧滑动法整体圆弧滑动法 假定滑动面为圆柱面，截面为圆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弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况：受力情况：WaRLKf滑动力矩抗滑力矩1.基本原理基本原理L滑动圆弧AD的长度 NfWROCaADBtancf对饱和粘土，在不排水剪条件下：对饱和粘土，在不排水剪条件下：WaRLcKcuufu ,0即2.Fellenius 2.Fellenius 确定最危险滑动面圆心的方法确定最危险滑动面圆心的方法对于均质粘性土对于均质粘性土土坡，其最危险土坡，其最危险滑动面通过坡脚滑动面通过坡脚 =0=0 00 1)1)圆心位置在圆心位置在EOEO的延长线上的延长线上2)2)有时不一定在有时不一定在EDED的延长线上，的延长线上，可能在其左右附近可能在其左右附近 确定最危险滑动面圆心位置确定最危险滑动面圆心位置圆心位置由圆心位置由1 1，2 2确定确定(表表10-1)10-1)3.3.稳定数法稳定数法土坡的稳定性相关因素土坡的稳定性相关因素抗剪强度指标抗剪强度指标c c 和和、重度重度、土坡的坡角、土坡的坡角 和坡高和坡高h h泰勒（泰勒（Taylor,D.WTaylor,D.W，19371937）用图表表达影）用图表表达影响因素的相互关系响因素的相互关系 hcNs稳定因数稳定因数土坡的临界高土坡的临界高度或极限高度度或极限高度 根据不同的根据不同的 绘出绘出 与与N Ns s的关系曲线的关系曲线 泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：已知坡角已知坡角 及土的指标及土的指标c c、，求稳定的坡高，求稳定的坡高H H；已知坡高已知坡高H H及土的指标及土的指标c c、，求稳定的坡角，求稳定的坡角。10.3.2 10.3.2 瑞典条分法瑞典条分法efcdiiOCRABH对于非均质土坡或比较复杂对于非均质土坡或比较复杂的土坡的土坡 、00的粘性土土坡，的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用分布不同，一般采用条分法条分法分析。分析。各土条对滑弧各土条对滑弧圆心的抗滑力圆心的抗滑力矩和滑动力矩矩和滑动力矩 滑动土体滑动土体分为若干分为若干垂直土条垂直土条土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 条分法条分法一、瑞典条分法的基本原理1、假设圆弧滑动面、假设圆弧滑动面 确定圆心和半径确定圆心和半径OR2、把滑动土体分成若干条（条分法）、把滑动土体分成若干条（条分法）3、取第、取第i条土条进行受力分析条土条进行受力分析WiiiilTiiilNHiViHi+1Vi+1i瑞典条分法WiiiilTiiilNHiViHi+1Vi+1i 假设（静定化条件）各土条间假设（静定化条件）各土条间的合力的合力Si，Si+1平行于滑动面，并且平行于滑动面，并且相等（相等（Si=Si+1)。11coscosiiiiiiHSSH11sinsiniiiiiiVSSVSiSi+1i土条的静力平衡方程土条的静力平衡方程垂直于滑动面垂直于滑动面11()sin()cos0iiiiiiiiNHHWVV得得cosiiiNW(1)土条的重力：土条的重力：Wi=ribihiiiiWNcosiiiWTsin下滑力：下滑力：(2)土条底面的法向力：土条底面的法向力：NiiWTiKNlcKlcKlTiiiiiiiiififitan)tan(3)抗滑力：抗滑力：iiiWNcosf(cos)sini iiiisiiC lWtgFWsRMM将整个滑动土体内各土条对圆心将整个滑动土体内各土条对圆心o o点取力矩点取力矩平衡：平衡：NiiWTi(cos)sini iiiiiiisClWtgWRTRRFRTRTfiifRKWlciiiii)tancos(cos)sini iiiisiiClWtgFW1()siniiiiisiiCbWtgmFWsincosiiiistgmF其中其中3.3.毕肖甫法计算步骤毕肖甫法计算步骤sFssFFsssFFF1()siniiiiisiiCbWtgmFWsincosiiiistgmFAORC ibB-2-101234567圆心圆心 O，半径，半径 R设设 Fs=1.0计算计算 m i变化圆心变化圆心 O 和半径和半径 R Fs 最小最小END 计算计算sFssFFsssFFFNo计计算算步步骤骤方法方法瑞典圆弧法瑞典圆弧法瑞典条分法瑞典条分法毕肖普法毕肖普法滑裂面形状滑裂面形状圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧假设假设刚性滑动体，滑动面上刚性滑动体，滑动面上极限平衡极限平衡忽略条间力忽略条间力考虑条间力考虑条间力 Xi=0（简布）（简布）计算条件计算条件软粘土不排水软粘土不排水一般均质土一般均质土一般均质土一般均质土误差分析误差分析Fs偏小偏小1020%Xi=0，误差，误差2%7%各种方法的比较各种方法的比较v杨布（杨布（Janbu）法）法非圆弧条分法非圆弧条分法v折线滑动法折线滑动法好好学习天天向上观音岩水电站铅厂滑坡观音岩水电站铅厂滑坡 本工况是在初始工况本工况是在初始工况的基础上考虑地震的作用，的基础上考虑地震的作用，水位线位于滑坡之下水位线位于滑坡之下 采用采用Ordinary、Bishop、Janbu三种方法计算所得的安全三种方法计算所得的安全系数分别为：系数分别为：0.639、0.749、0.630。表明该工况条。表明该工况条件下的滑坡体不稳定。件下的滑坡体不稳定。考虑水库蓄水到正常蓄水位时考虑水库蓄水到正常蓄水位时 采用采用Ordinary、Bishop、Janbu三种方法计算三种方法计算所得的安全系数分别为：所得的安全系数分别为：0.573、0.594、0.569。表明该工况条件下的滑坡体不稳定。表明该工况条件下的滑坡体不稳定。