土坡稳定分析幻灯片.ppt

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1、土坡稳定分析第1页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 概述概述7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析7.4 总应力法与有效应力法总应力法与有效应力法7.5 工程实际中的边坡稳定问题工程实际中的边坡稳定问题本章目录本章目录第2页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 7.1 概述概述边坡稳定分析对象：边坡稳定分析对象：土石坝、库区边坡，堤坝填筑土石坝、库区边坡，堤坝填筑土质、岩质边坡土质、岩质边坡土坡：具有倾斜面的土体土坡：具有倾斜面的土体坡肩坡肩 坡顶坡顶坡面坡面坡角坡角坡趾坡趾坡高坡高坡底坡底第3页，共44页，编辑于2022年

2、，星期五7.1 7.1 概述概述天然土坡：自然地质作用所形成天然土坡：自然地质作用所形成 江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡 山、岭、丘、岗、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡人工土坡：人工开挖或回填而形成人工土坡：人工开挖或回填而形成 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、堆料第4页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 7.1 概述概述一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动体滑动滑坡：滑坡：第5页，共44页，编辑于2022年，星期五滑坡原因滑坡原因7.1 7.1 概述概述1）振动：地震、爆破）振

3、动：地震、爆破2）土中水位升、降）土中水位升、降4）水流冲刷：使坡脚变陡）水流冲刷：使坡脚变陡5）冻融：冻胀力及融化含水量升高）冻融：冻胀力及融化含水量升高6）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口3）降雨引起渗流、软化）降雨引起渗流、软化第6页，共44页，编辑于2022年，星期五滑坡形式滑坡形式7.1 7.1 概述概述平移平移崩塌崩塌转动转动流滑流滑第7页，共44页，编辑于2022年，星期五滑坡形式滑坡形式7.1 7.1 概述概述第8页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 7.1 概述概述1）无粘性土的滑坡，深度浅，形状接近平面，或折线）无粘性土

4、的滑坡，深度浅，形状接近平面，或折线形平面，在横截面上来看，是一条直线（形平面，在横截面上来看，是一条直线（库伦假设库伦假设）。）。实际调查和研究表明：实际调查和研究表明：2）粘性土的滑坡，深度深。匀质粘性土的滑坡形状）粘性土的滑坡，深度深。匀质粘性土的滑坡形状接近圆弧面（对数螺旋线曲面），在横截面上来看，接近圆弧面（对数螺旋线曲面），在横截面上来看，是一条圆弧线。是一条圆弧线。第9页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 7.1 概述概述1）极限平衡法（成熟）极限平衡法（成熟）分析方法：分析方法：2）极限分析法（不成熟）极限分析法（不成熟）3）有限元法（不很成熟，复杂主要用于黏性土）有限

5、元法（不很成熟，复杂主要用于黏性土）第10页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 概述概述7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析7.4 总应力法与有效应力法总应力法与有效应力法7.5 工程实际中的边坡稳定问题工程实际中的边坡稳定问题本章目录本章目录第11页，共44页，编辑于2022年，星期五7.2 7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析破坏形式：表面浅层滑动破坏形式：表面浅层滑动1）微单元）微单元A自重自重:W=V2）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

6、力抵消）4）抗滑力：）抗滑力：5）抗滑安全系数：抗滑安全系数：WTN 坡与水平夹角为坡与水平夹角为，砂土内摩擦角为砂土内摩擦角为 WRNA第12页，共44页，编辑于2022年，星期五7.2 7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析当=时，Fs=1.0，称为天然休止角安全系数与土重度无关与所选的微单元大小无关 思考思考：在干坡及静水下坡中，：在干坡及静水下坡中，如如 不变，不变，Fs有什么变化有什么变化坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数Fs都相等天然休止角：等于砂在松散状态下时的内摩擦角。第13页，共44页，编辑于2022年，星期五7.2 7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的

7、稳定分析有沿坡渗流情况有沿坡渗流情况降雨正常蓄水土坝下游正常蓄水土坝下游水位骤降的土坝上游水位骤降的土坝上游逸出段逸出段第14页，共44页，编辑于2022年，星期五 W T NAW RN(1)自重：自重：渗透力：渗透力：（方向：平行于土坡）（方向：平行于土坡）(2)滑动力：滑动力：(3)抗滑力：抗滑力：(4)抗滑安全系数：抗滑安全系数：7.2 7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析取微单元取微单元 A，以土骨架为隔离体：，以土骨架为隔离体：l hJJ第15页，共44页，编辑于2022年，星期五7.2 7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析讨论：讨论：WTN A l hJ意味

8、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 与重度有关与重度有关 ，与无渗流比较与无渗流比较Fs减小近一半减小近一半第16页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 概述概述7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析7.4 总应力法与有效应力法总应力法与有效应力法7.5 工程实际中的边坡稳定问题工程实际中的边坡稳定问题本章目录本章目录第17页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘

9、性土坡的稳定分析破坏特点破坏特点OR由于存在粘聚力由于存在粘聚力C，与无粘性土坡不同；，与无粘性土坡不同；其危险滑裂面位置在土坡深处；其危险滑裂面位置在土坡深处；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圆弧弧（圆圆柱柱面）近似。面）近似。思考：思考：为什么粘性土坡通常为什么粘性土坡通常不会发生表面滑动？不会发生表面滑动？第18页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析1 整体圆弧滑动法（整体圆弧滑动法（瑞典瑞典Petterson）2 瑞典条分法（瑞典条分法（瑞典瑞典Fellenius）3 毕肖普法

10、（毕肖普法（Bishop）4 Janbu法法5 Spencer方法方法6 Morgenstern-Price方法方法7 陈祖煜的通用条分法陈祖煜的通用条分法8 不平衡推力传递法不平衡推力传递法9 Sarma方法方法计算方法：计算方法：第19页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析1 整体圆弧滑动法（整体圆弧滑动法（瑞典圆弧法瑞典圆弧法）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条件在滑动面上处于极限平衡条件假设条件假设条件OR第20页，共44页，编辑于2022年，星期五ORCBA7

11、.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析平衡条件平衡条件（各力对（各力对圆心圆心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：当当=0（粘土不排水强度）时，（粘土不排水强度）时，注注：（其中（其中 是未知函数）是未知函数）(2)抗滑力矩：抗滑力矩：dW 第21页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析讨论：讨论：ORdCBAW 1 当当 0 时时，n 是是 l(x,y)的的函函数数，无无法法得到得到 Fs 的理论解的理论解2 2 其中圆心其中圆心 O 及半径及半径 R R 是任意假设的，还必须计算若干组是

12、任意假设的，还必须计算若干组（O,R,R）找到最小安全系数）找到最小安全系数 （注意）（注意）最可能滑动面最可能滑动面3 3 适用于饱和软粘土，即适用于饱和软粘土，即 =0 情况情况第22页，共44页，编辑于2022年，星期五ORdCBAW 7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析2 条分法的基本原理及分析条分法的基本原理及分析源起源起整体圆弧法整体圆弧法：n 是是 l(x,y)的函数的函数思路思路离散化离散化分条分条条分法条分法AORC ibB-2-101234567第23页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析安全系数定义安全系

13、数定义AORC ibB-2-101234567TiNi第24页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1未知数：未知数：条块间力条块间力作用点位置作用点位置2(n-1)+(n-1)3n-3滑动面上的力滑动面上的力作用点位置作用点位置3n安全系数安全系数 F 1方程数：方程数：静力平衡静力平衡力矩平衡力矩平衡3n滑动面上极限平衡条件滑动面上极限平衡条件n4n6n-2 未知数方程数未知数方程数2n-2 hi第25页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析 未

14、知数未知数:6n-2 方程数方程数:4n PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi1 整体圆弧滑动法整体圆弧滑动法2 瑞典条分法瑞典条分法3 毕肖普法毕肖普法4 Janbu法法5 Spencer方法方法6 Morgenstern-Price方法方法7 陈祖煜的通用条分法陈祖煜的通用条分法8 不平衡推力传递法不平衡推力传递法9 Sarma方法方法n=1 3(n-1)+n=4n-3(n-1)+n=2n-1(n-1)+n=2n-1(n-1)-1+n=2n-2(n-1)+n=2n-1(n-1)-1+n=2n-2第26页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘

15、性土坡的稳定分析3 瑞典条分法（简单条分法）瑞典条分法（简单条分法）忽略所有条间作用力：忽略所有条间作用力：2(n-1)+(n-1)3n-34n-3PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑动面上作用点位置：假定滑动面上作用点位置：n 未知数未知数:2n+1 方程数方程数:4n 假定：假定：圆弧滑裂面；不考虑条间力圆弧滑裂面；不考虑条间力第27页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析径向力平衡：径向力平衡：TiNi iWiAORC ibB-2-101234567极限平衡条件：极限平衡条件：整体对圆心的力矩平衡：整体对圆心的力矩平

16、衡：滑动力矩滑动力矩=抗滑力矩抗滑力矩显式显式表达表达第28页，共44页，编辑于2022年，星期五圆心圆心 O，半径，半径 R（如图）（如图）分条：分条：b=R/10编号：过圆心垂线为编号：过圆心垂线为 0#条中线条中线列表计算列表计算 li Wi i变化圆心变化圆心 O 和半径和半径 RFs 最小最小ENDTiNi iWiAORC ibB-2-101234567计计算算步步骤骤第29页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析瑞典条分法的讨论瑞典条分法的讨论TiNi iWiAORC ibB-2-101234567(1)(1)一些平衡条件不能满足一

17、些平衡条件不能满足 未知数未知数:2n+1 方程数方程数:4n 对对0#0#土条土条T0N0W0 0第30页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析瑞典条分法的讨论瑞典条分法的讨论AORC ibB-2-101234567(2)(2)假设圆弧滑裂面，与实际滑裂假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别面有差别 忽略条间力，使得计算安全系数忽略条间力，使得计算安全系数 Fs 偏小偏小 假设圆弧滑裂面，使假设圆弧滑裂面，使 Fs 偏大偏大最终结果是最终结果是 Fs 偏小，偏小，越大越大 Fs 越偏小越偏小一般情况下，一般情况下，F Fs s偏偏小小 10%10

18、%左右左右工程应用中偏于安全第31页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析4 毕肖甫（毕肖甫（Bishop）法）法忽略条间切向力：忽略条间切向力：n-12n-1PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑动面上作用点位置：假定滑动面上作用点位置：n 未知数未知数:4n-1 方程数方程数:4n 假定：假定：圆弧滑裂面；条间力切向力圆弧滑裂面；条间力切向力=0第32页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析Pihi+1TiNi iWiPi+1hiAORC ibB-2-101234567F

19、z=0极限平极限平衡条件衡条件方程组求解，得到：方程组求解，得到：第33页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析hi+1PiTiNi iWiPi+1hiAORC ibB-2-101234567整体力矩平衡：整体力矩平衡：Ni 过圆心；过圆心；Pi 互相抵消互相抵消licos i=bi隐式隐式表达表达第34页，共44页，编辑于2022年，星期五AORC 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No计计算算步步骤骤第35页，共4

20、4页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析PiTiNi ihi+1WiPi+1hiAORC ibB-2-101234567毕肖甫法的讨论毕肖甫法的讨论(2)(2)满足整体力矩平衡条件但不满满足整体力矩平衡条件但不满足条块力矩平衡足条块力矩平衡 未知数未知数:4n-1 方程数方程数:4n(1)(1)假设圆弧滑裂面假设圆弧滑裂面(6)(6)大多数情况下是精确的大多数情况下是精确的(3)(3)满足各条块力的多边形闭合条件满足各条块力的多边形闭合条件(4)(4)假设条间作用力只有法向力假设条间作用力只有法向力(5)(5)满足极限平衡条件满足极限平衡条件第36页，

21、共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析5 简布（简布（Janbu）法）法条块间力的作用点位置：条块间力的作用点位置：n-12n-1PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑动面上作用点位置：假定滑动面上作用点位置：n 未知数未知数:4n-1 方程数方程数:4n abhi推力线推力线假定：假定：假定各土条间推力作用点连线为光滑连续曲线假定各土条间推力作用点连线为光滑连续曲线 “推力作用线推力作用线”即假定了条块间力的作用点位置即假定了条块间力的作用点位置第37页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘

22、性土坡的稳定分析PiHiTiNi ihi+1WiPi+1Hi+1hi23 45678910111P0=0Pn=0简布法简布法(1)(1)任意形状滑裂面，不一定是任意形状滑裂面，不一定是圆弧圆弧(2)(2)计算较复杂计算较复杂第38页，共44页，编辑于2022年，星期五7.3 7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析几种方法总结几种方法总结方法方法整体圆弧法整体圆弧法简单条分法简单条分法毕肖普法毕肖普法简布法简布法滑裂面形状滑裂面形状圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧任意任意假设假设刚性滑动体刚性滑动体滑动面上极滑动面上极限平衡限平衡忽略全部条忽略全部条间力间力忽略条间切向忽略条间切向力力条间力作用点

23、条间力作用点位置位置适用性适用性饱和软粘土，饱和软粘土，=0一般均质土一般均质土一般均质土一般均质土任意任意精度精度/偏小偏小10%误差误差2070%难以确定难以确定平平衡衡条条件件整体力矩整体力矩 各条力矩各条力矩 各条垂向力各条垂向力/各条水平力各条水平力 第39页，共44页，编辑于2022年，星期五7.1 概述概述7.2 无粘性土坡的稳定分析无粘性土坡的稳定分析7.3 粘性土坡的稳定分析粘性土坡的稳定分析7.4 总应力法与有效应力法（略）总应力法与有效应力法（略）7.5 工程实际中的边坡稳定问题（略）工程实际中的边坡稳定问题（略）本章小结本章小结第40页，共44页，编辑于2022年，星期

24、五1 整体圆弧滑动法（整体圆弧滑动法（瑞典瑞典Petterson）2 瑞典条分法（瑞典条分法（瑞典瑞典Fellenius）3 毕肖普法（毕肖普法（Bishop）4 Janbu法法5 Spencer方法方法6 Morgenstern-Price方法方法7 陈祖煜的通用条分法陈祖煜的通用条分法8 不平衡推力传递法不平衡推力传递法9 Sarma方法方法计算方法：计算方法：第41页，共44页，编辑于2022年，星期五条分法的基本原理条分法的基本原理离散化离散化分条分条条分法条分法AORC ibB-2-101234567安全系数定义安全系数定义第42页，共44页，编辑于2022年，星期五几种方法总结几种

25、方法总结方法方法整体圆弧法整体圆弧法简单条分法简单条分法毕肖普法毕肖普法简布法简布法滑裂面形状滑裂面形状圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧圆弧任意任意假设假设刚性滑动体刚性滑动体滑动面上极滑动面上极限平衡限平衡忽略全部条忽略全部条间力间力忽略条间切向忽略条间切向力力条间力作用点条间力作用点位置位置适用性适用性饱和软粘土，饱和软粘土，=0一般均质土一般均质土一般均质土一般均质土任意任意精度精度/偏小偏小10%误差误差2070%难以确定难以确定平平衡衡条条件件整体力矩整体力矩 各条力矩各条力矩 各条垂向力各条垂向力/各条水平力各条水平力 第43页，共44页，编辑于2022年，星期五本章结束第44页，共44页，编辑于2022年，星期五