边坡工程处治技术ppt课件.ppt

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1、跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目边坡工程处治技术边坡工程处治技术高利平高利平Tel:13704751065跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n本课程讲述的主要内容：本课程讲述的主要内容：n1概概述述n2 2 边坡稳定分析的基本原理和方法边坡稳定分析的基本原理和方法n3 3边坡

2、工程稳定性数值计算分析方法边坡工程稳定性数值计算分析方法4 4 边坡可靠性的分析方法边坡可靠性的分析方法n5 5 边坡处治的常用措施边坡处治的常用措施n6 6 边坡工程处治技术边坡工程处治技术7 7 边坡处治设计程序边坡处治设计程序n8边坡工程处治技术作业边坡工程处治技术作业跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n1概概述述n边坡是工程中最常见的工程形式，边坡工边坡是工程中最常见的工程形式，边坡工程中遇到的滑坡问题是全球性三大地质灾害之一。边程中遇到的滑坡问题是全球性三大地质灾害之一。边坡处治，在公路、

3、铁路、水利、市政、土建、水运、坡处治，在公路、铁路、水利、市政、土建、水运、矿山等工程中占有重要的地位，特别在公路、铁路工矿山等工程中占有重要的地位，特别在公路、铁路工程建设中，边坡处治问题十分突出，也是工程建设中程建设中，边坡处治问题十分突出，也是工程建设中比较棘手的问题。比较棘手的问题。n本课程比较系统地介绍了边坡工程处治的各类方本课程比较系统地介绍了边坡工程处治的各类方法。其主要内容包括：法。其主要内容包括：边坡处治基本理论及稳定性分边坡处治基本理论及稳定性分析，坡率法与减重设计，抗滑挡土墙的设计与施工，析，坡率法与减重设计，抗滑挡土墙的设计与施工，注浆加固边坡的设计与施工，边坡排水工程

4、设计与施注浆加固边坡的设计与施工，边坡排水工程设计与施工，边坡工程监测，边坡工程与环境工，边坡工程监测，边坡工程与环境。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n1.1 1.1 边坡稳定分析的研究现状边坡稳定分析的研究现状 n 边坡稳定分析问题一直是土木工程中的重要研究边坡稳定分析问题一直是土木工程中的重要研究课题，课题，边坡稳定分析有定性分析法和定量分析法。边坡稳定分析有定性分析法和定量分析法。n 定性分析法定性分析法主要是通过工程地质勘察，对影响边主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可

5、能的变形破坏方式、边坡失坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式、边坡失稳的力学机制以及对已变形地质体的成因及其演化史稳的力学机制以及对已变形地质体的成因及其演化史进行综合分析，从而对被评价的边坡给出一个稳定性进行综合分析，从而对被评价的边坡给出一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。n 定量分析法定量分析法是运用数值分析方法、塑性极限方法、是运用数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法等，对边坡的稳条分法、可靠度方法和模糊数学方法等，对边坡的稳定安全性（安全系数）进行定量的评价。定安全性（安全系数）进行定量的评价。跳转到第一页认

6、识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n定性分析的优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，定性分析的优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。然而，人们快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。然而，人们更关心的是如何定量的表示其边坡的稳定性，即边坡稳定的定更关心的是如何定量的表示其边坡的稳定性，即边坡稳定的定量分析计算方法。边坡稳定分析的计算方法有多种，如数值分量分析计算方法。边坡稳定分析的计算方法有多种，如数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法

7、析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法等。目前，对于土质边坡来说，为人们所熟知和广泛讨论应用等。目前，对于土质边坡来说，为人们所熟知和广泛讨论应用的方法有条分法和有限元方法。条分法因为其力学模型简单适的方法有条分法和有限元方法。条分法因为其力学模型简单适用，可对边坡进行定量的评价，经过长期的工程实践和不断的用，可对边坡进行定量的评价，经过长期的工程实践和不断的完善和补充，已经成为边坡稳定分析的成熟方法。近年来随着完善和补充，已经成为边坡稳定分析的成熟方法。近年来随着数值分析方法在工程领域应用技术的成熟，同时为弥补条分法数值分析方法在工程领域应用技术的成熟，同时为弥补条分法假设上

8、的不足，有限元方法正成为边坡稳定分析的热点。假设上的不足，有限元方法正成为边坡稳定分析的热点。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n1.2 1.2 边坡稳定分析的发展历史边坡稳定分析的发展历史 n 二十世纪二十世纪2020年代以前，对于土坡稳定和土压力的年代以前，对于土坡稳定和土压力的计算，一律只计算土体的内摩擦力，并假定滑动面为计算，一律只计算土体的内摩擦力，并假定滑动面为平面。平面。17731773年法国工程师库仑和年法国工程师库仑和18571857年英国学者郎肯年英国学者郎肯分别提出的土压力理论

9、，就是这类方法的代表。分别提出的土压力理论，就是这类方法的代表。n 1906 1906年，瑞典人彼德森（年，瑞典人彼德森（K.E.PettersonK.E.Petterson）和胡）和胡尔顿根据大量观测实验论证了某些土体尔顿根据大量观测实验论证了某些土体(特别是有粘特别是有粘结力的土体结力的土体)在发生滑动失稳破坏时，滑动面是与圆在发生滑动失稳破坏时，滑动面是与圆弧面接近的曲面。在此基础上，彼德森提出了圆弧滑弧面接近的曲面。在此基础上，彼德森提出了圆弧滑面分析法。此法初创时，仍只计及土的内摩擦力，并面分析法。此法初创时，仍只计及土的内摩擦力，并且不考虑土体内部土条间的相互作用力，这就是最初且不

10、考虑土体内部土条间的相互作用力，这就是最初的瑞典圆弧法。的瑞典圆弧法。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 二十世纪二十世纪30-4030-40年代，是瑞典圆弧法逐渐年代，是瑞典圆弧法逐渐完善的时期。瑞典学者费伦纽斯完善的时期。瑞典学者费伦纽斯（W.FelleniusW.Fellenius）将最初的圆弧法推广到兼有）将最初的圆弧法推广到兼有摩擦力和粘结力的土体稳定计算中去，并初步摩擦力和粘结力的土体稳定计算中去，并初步探索了最危险滑弧位置的变化规律。瑞典圆弧探索了最危险滑弧位置的变化规律。瑞典圆弧法

11、假定土坡稳定为平面应变问题，滑动面为圆法假定土坡稳定为平面应变问题，滑动面为圆弧面，计算中不考虑滑动土体内部各土条之间弧面，计算中不考虑滑动土体内部各土条之间的相互作用力，抗滑稳定安全系数是用滑弧面的相互作用力，抗滑稳定安全系数是用滑弧面上的全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义的。上的全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义的。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 二十世纪二十世纪4040年代以后，不少学者致力于改进瑞典年代以后，不少学者致力于改进瑞典圆弧法。他们研究的方向主要有以下两个方面圆弧法。他们研究的方

12、向主要有以下两个方面:一方一方面，不少作者致力于探索最危险滑弧面的位置，通过面，不少作者致力于探索最危险滑弧面的位置，通过制作数表、曲线，以减少计算工作量。如泰勒制作数表、曲线，以减少计算工作量。如泰勒(D.W.Taylor)(D.W.Taylor)、毕肖普、毕肖普(A.W.Bishop)(A.W.Bishop)、拉姆里和包洛、拉姆里和包洛斯等，通过一些特殊情况的研究，揭示了最危险滑弧斯等，通过一些特殊情况的研究，揭示了最危险滑弧圆心位置的某些变化规律。另一方面，有不少人研究圆心位置的某些变化规律。另一方面，有不少人研究滑裂面的形状。滑裂面的形状。19411941年太沙基就提出，土体破坏时的年

13、太沙基就提出，土体破坏时的滑动面更接近对数螺旋线。但假定滑动面为对数螺旋滑动面更接近对数螺旋线。但假定滑动面为对数螺旋线，不仅计算工作更繁，而且大量计算对比表明，似线，不仅计算工作更繁，而且大量计算对比表明，似乎也不必要。乎也不必要。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n二十世纪二十世纪50-6050-60年代，人们研究的主攻方向，一是如年代，人们研究的主攻方向，一是如何在计算中考虑滑动土体内部土条间的相互作用力，二是何在计算中考虑滑动土体内部土条间的相互作用力，二是研究如何将此法推广应用到任意形状的

14、滑动面。这一阶段研究如何将此法推广应用到任意形状的滑动面。这一阶段的研究工作，使土坡稳定分析的理论和方法逐渐完善，主的研究工作，使土坡稳定分析的理论和方法逐渐完善，主要表现在要表现在:1954:1954年，简布年，简布(N.Janbu)(N.Janbu)提出了普遍条分法的基提出了普遍条分法的基本原理，将最初的圆弧法推广到任意滑动面的情况，并通本原理，将最初的圆弧法推广到任意滑动面的情况，并通过假定土条间推力的作用点位置，使问题得到比较合理的过假定土条间推力的作用点位置，使问题得到比较合理的解决。解决。19551955年，毕肖普明确了土坡稳定安全系数的定义，年，毕肖普明确了土坡稳定安全系数的定义

15、，为滑动面是非圆弧滑面和考虑分条间作用力的各种方法提为滑动面是非圆弧滑面和考虑分条间作用力的各种方法提供了有利条件。供了有利条件。19651965年摩根斯顿与普赖斯年摩根斯顿与普赖斯(Morgenstern(Morgenstern and N.R.Price)and N.R.Price)提出了提出了“多余未知函数假定的合理性要求多余未知函数假定的合理性要求”，从而使得分析的成果更趋合理。，从而使得分析的成果更趋合理。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 19671967年人们第一次尝试使用有限元研究

16、边年人们第一次尝试使用有限元研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造了条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而造了条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能，同时以概率论为基础的可靠度方究成为可能，同时以概率论为基础的可靠度方法也被引入边坡稳定性研究中。同一时期，我法也被引入边坡稳定性研究中。同一时期，我国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕成国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕成果，如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性果，如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性分析的

17、岩体工程地质力学方法等。分析的岩体工程地质力学方法等。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 2020世纪世纪8080年代后期，边坡问题的研究将传年代后期，边坡问题的研究将传统的边坡工程地质学、现代岩土力学和现代数统的边坡工程地质学、现代岩土力学和现代数学力学相结合，形成了所谓的现代边坡工程学，学力学相结合，形成了所谓的现代边坡工程学，各种现代科学的新技术，如系统工程论、数量各种现代科学的新技术，如系统工程论、数量理论、信息理论、模糊数学、灰色理论、现代理论、信息理论、模糊数学、灰色理论、现代概率统计

18、理论、耗散论、协同论、突变理论、概率统计理论、耗散论、协同论、突变理论、混沌理论、分形理论等不断用于边坡问题研究混沌理论、分形理论等不断用于边坡问题研究中，从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、中，从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、新方法。新方法。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 2020世纪世纪9090年代后，陆续出现了采用非数值分析方法年代后，陆续出现了采用非数值分析方法搜索安全系数的极值方法，如随机搜索法、遗传算法等。搜索安全系数的极值方法，如随机搜索法、遗传算法等。随机搜索方法最大的缺点

19、就是计算量大，当自由度数较多随机搜索方法最大的缺点就是计算量大，当自由度数较多时，要想用该方法搜索出最危险滑动面，几乎是难以想象时，要想用该方法搜索出最危险滑动面，几乎是难以想象的。陈祖熠的。陈祖熠(1992)(1992)把随机搜索方法与数学规划方法结合起把随机搜索方法与数学规划方法结合起来，根据数学规划方法易于陷入局部极值的现象提出了置来，根据数学规划方法易于陷入局部极值的现象提出了置信区间的概念，认为当数学规划方法搜索起始滑动面落入信区间的概念，认为当数学规划方法搜索起始滑动面落入这个区间时，其搜索的最终结果就会趋于全局极小值点，这个区间时，其搜索的最终结果就会趋于全局极小值点，这两种方法

20、的联合克服了随机搜索方法搜索效率低的缺点，这两种方法的联合克服了随机搜索方法搜索效率低的缺点，又在很大程度上克服了数学规划方法易于陷入局部极值点又在很大程度上克服了数学规划方法易于陷入局部极值点的缺点。的缺点。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2 2 边坡稳定分析的基本原理和方法边坡稳定分析的基本原理和方法n边坡稳定问题一直是岩土工程中的一个重要研究内容，边坡稳定性分析方法也很多，包括众多的确定性和不确定性方法，但目前使用最多的主要有两种方法:一种是在工程设计中广泛使用的极限平衡法，它的力学模型比

21、较简单，但所包含的假设条件和经验成份比较多。另一种方法是建立岩土的非线性本构关系，严格地把边坡当作数学物理边值问题进行计算的有限元方法。由于极限平衡法计算简单，已应用于大量的工程实际中，积累了丰富的实际经验，而且可以依据规范的指导，因此它仍然是占主导地位的一种分析方法。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2.1 2.1 边坡稳定性的概念边坡稳定性的概念n 边坡是指具有倾斜坡面的土体或岩体。边坡在自身重边坡是指具有倾斜坡面的土体或岩体。边坡在自身重力及其它外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋力及

22、其它外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时坡体自身具有一定的强度和人为的工程措施，会势，同时坡体自身具有一定的强度和人为的工程措施，会阻止坡体下滑的抵抗力。如果坡体土内部某一个面上的滑阻止坡体下滑的抵抗力。如果坡体土内部某一个面上的滑动力大于抵抗力，则边坡产生滑动；反之，则边坡处于稳动力大于抵抗力，则边坡产生滑动；反之，则边坡处于稳定状态。定状态。n 判断边坡稳定性采用边坡稳定安全系数判断边坡稳定性采用边坡稳定安全系数FS表示。表示。nFS11，土坡稳定；，土坡稳定；FS11，土坡失稳；，土坡失稳；FS=1=1，土坡处于临界状态。，土坡处于临界状态。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的

23、根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 判断边坡是否稳定的关键问题是如何寻求滑判断边坡是否稳定的关键问题是如何寻求滑裂面？如何寻求滑裂面上的平均抗剪强度裂面？如何寻求滑裂面上的平均抗剪强度 和和平均剪应力。平均剪应力。icEi-1liSiNiWxiabTi-1dEiTiWyi（b）受力分析（a）条块划分Rabcdin21图图1 1 土条的划分与受力分析土条的划分与受力分析跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2.2 2.2 边坡稳定性的影响

24、因素边坡稳定性的影响因素n 地质构造。地质构造。地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区，往往岩体破碎、体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区，往往岩体破碎、沟谷深切，较大规模的崩塌、滑坡极易发生。沟谷深切，较大规模的崩塌、滑坡极易发生。n 岩体结构。岩体结构。不同结构的岩体，物理力学性质差别很大，不同结构的岩体，物理力学性

25、质差别很大，边坡变形破坏的性质也不同。边坡变形破坏的性质也不同。n 风化作用。风化作用。边坡岩体，长期暴露在地表，受到水文、边坡岩体，长期暴露在地表，受到水文、气象变化的影响，逐渐产生物理和化学风化作用，出现各种气象变化的影响，逐渐产生物理和化学风化作用，出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后，边坡的稳定性大大不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后，边坡的稳定性大大降低。降低。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2.2 2.2 边坡稳定性的影响因素边坡稳定性的影响因素n 地下水。地下水。处于水下的透

26、水边坡将承受水的浮处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，使坡体的有效重力减轻；水流冲刷岩托力的作用，使坡体的有效重力减轻；水流冲刷岩坡，可使坡脚出现临空面，上部岩体失去支撑，导坡，可使坡脚出现临空面，上部岩体失去支撑，导致边坡失稳。致边坡失稳。n 边坡形态。边坡形态。边坡形态通常指边坡的高度、坡边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说，坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说，坡高越大，坡度越陡，对稳定性越不利。高越大，坡度越陡，对稳定性越不利。n 其他作用。其他作用。此外，人类的工程作用、气象条此外，人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的

27、稳定性。件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2.3 2.3 极限平衡法极限平衡法n 极限平衡法是建立在摩尔极限平衡法是建立在摩尔库仑强度准则的基础库仑强度准则的基础上，只考虑边坡岩（土）体的静力平衡条件和土体的上，只考虑边坡岩（土）体的静力平衡条件和土体的摩尔摩尔库仑破坏准则，通过分析岩（土）体破坏时力库仑破坏准则，通过分析岩（土）体破坏时力的平衡来求得问题的解。的平衡来求得问题的解。在大多数情况下，问题是静在大多数情况下，问题是静不定的，极限平衡法是靠引

28、入一些简化假定，使问题不定的，极限平衡法是靠引入一些简化假定，使问题变得静定可解。在求解问题时要求所采用的计算方法变得静定可解。在求解问题时要求所采用的计算方法不违背极限平衡法的一般要求：在静力学方面要求土不违背极限平衡法的一般要求：在静力学方面要求土条和滑动土体的力和力矩满足平衡条件；在运动学方条和滑动土体的力和力矩满足平衡条件；在运动学方面要求运动模式是直观意义上可接受的，不能有嵌入面要求运动模式是直观意义上可接受的，不能有嵌入和裂缝；在物理学方面要求滑动土体整体上不违背破和裂缝；在物理学方面要求滑动土体整体上不违背破坏条件。坏条件。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下

29、药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 极限平衡法的基本思路是极限平衡法的基本思路是:假定边坡的岩（土）假定边坡的岩（土）体破坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体沿滑动体破坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体沿滑动面滑动造成的，滑动面上的坡体服从破坏条件。假设面滑动造成的，滑动面上的坡体服从破坏条件。假设滑动面已知，通过考虑滑动面形成隔离体的静力平衡，滑动面已知，通过考虑滑动面形成隔离体的静力平衡，确定沿滑动面发生滑动时的破坏荷载，或者说判断滑确定沿滑动面发生滑动时的破坏荷载，或者说判断滑动面上滑体的稳定状态或稳定程度。动面上滑体的稳定状态或稳定程度。由于

30、该滑动面是由于该滑动面是人为确定的，其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋人为确定的，其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或者其他不规则的曲面。隔离体的静力平衡可以是面或者其他不规则的曲面。隔离体的静力平衡可以是滑动面上力的平衡或力矩平衡。隔离体可以是一个整滑动面上力的平衡或力矩平衡。隔离体可以是一个整体，也可由若干人为分隔的竖向土条组成。体，也可由若干人为分隔的竖向土条组成。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n由于滑动面是人为假定的，我们只有通过系统地求出一系由于滑动面是人为假定的，我们只有通过系统地

31、求出一系列滑动面发生滑动时的破坏荷载，其中最小的破坏荷载与之相列滑动面发生滑动时的破坏荷载，其中最小的破坏荷载与之相应的滑动面就是可能存在的最危险的滑动面。滑体发生破坏所应的滑动面就是可能存在的最危险的滑动面。滑体发生破坏所能承受的最小荷载就是要求的极限破坏荷载，与之对应的滑动能承受的最小荷载就是要求的极限破坏荷载，与之对应的滑动面就是最危险的滑动面。面就是最危险的滑动面。极限平衡分析法计算时先假定边坡的极限平衡分析法计算时先假定边坡的稳定安全系数为稳定安全系数为K K，则当边坡体材料的抗剪参数，则当边坡体材料的抗剪参数(主要是内摩擦主要是内摩擦力力c c和摩擦系数和摩擦系数tan)tan)降

32、低降低K K倍后，边坡体内某一最危险滑动面倍后，边坡体内某一最危险滑动面上的滑体将濒于失稳的极限平衡状态上的滑体将濒于失稳的极限平衡状态，也就是说，对于所求边，也就是说，对于所求边坡的抗滑稳定安全系数，可先假设安全系数值，将材料的摩擦坡的抗滑稳定安全系数，可先假设安全系数值，将材料的摩擦系数和内摩擦力都除以这个安全系数，作为计算参数进行计算，系数和内摩擦力都除以这个安全系数，作为计算参数进行计算，若能满足极限平衡条件，则所假定的安全系数即为所求的安全若能满足极限平衡条件，则所假定的安全系数即为所求的安全系数值，否则重新设置安全系数，重复上述计算，直至满足极系数值，否则重新设置安全系数，重复上述

33、计算，直至满足极限平衡条件为止。限平衡条件为止。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2.4 2.4 极限平衡条分法极限平衡条分法n 极限平衡法采用条分法进行，这种方法假定边坡极限平衡法采用条分法进行，这种方法假定边坡稳定问题是平面应变问题，以极限平衡理论为理论基稳定问题是平面应变问题，以极限平衡理论为理论基础，其基本要点是当边坡体的抗剪强度参数础，其基本要点是当边坡体的抗剪强度参数c c和和tantan降降低低K K倍以后，边坡体内存在一个达到极限平衡状态的倍以后，边坡体内存在一个达到极限平衡状态的

34、滑动面，滑体处于临界失稳状态。其中，滑动面，滑体处于临界失稳状态。其中，K K为边坡坡为边坡坡体的安全系数，处于极限平衡状态的滑动面满足摩尔体的安全系数，处于极限平衡状态的滑动面满足摩尔库仑强度准则，即：库仑强度准则，即：n 对坡体进行极限平衡分析时，多采用垂直条分方对坡体进行极限平衡分析时，多采用垂直条分方式，下面以垂直条分为例进行分析。式，下面以垂直条分为例进行分析。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目icEi-1liSiNiWxiabTi-1dEiTiWyi（b）受力分析（a）条块划分Rabcd

35、in21图一图一 土条的划分与受力分析土条的划分与受力分析跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n把土条垂直分成把土条垂直分成n n条，取一条块条，取一条块NiNi进行分进行分析，其上作用力如图所示，土条自身重量析，其上作用力如图所示，土条自身重量WiWi，水平作用力水平作用力(例如地震惯性力例如地震惯性力)Qi)Qi，作用于条块，作用于条块两侧的孔隙水压力两侧的孔隙水压力UCiUCi及及UCi+1UCi+1以及作用于条块以及作用于条块底部的孔隙水压力底部的孔隙水压力UiUi。另外还有条块的有关几。另外

36、还有条块的有关几何尺寸如底部坡角，底长何尺寸如底部坡角，底长li.li.以及滑动面上的以及滑动面上的强度指标强度指标cici及也都是定值。因此，对于整个滑及也都是定值。因此，对于整个滑动土体来说，极限平衡状态下的极限平衡方程动土体来说，极限平衡状态下的极限平衡方程个数及未知参数数量见下表所示。个数及未知参数数量见下表所示。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目表表2.1 2.1 极限平衡方程个数及未知参数数量极限平衡方程个数及未知参数数量极限平衡方程极限平衡方程 数数 目目nnnN未未 知知 参参 数数

37、 数数 目目 安全系数K1 每一个土条滑动面上的法向力 Nin 每一个土条滑动面上的切向力 Tin 每一个土条滑动面上合力作用点的位置n 土条与土条之间的法向力 Ein-1 土条与土条之间的切向力 Xin-1 土条条面上的合力作用点n-1 合计6n-2跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 从上表中可以得知，一共有从上表中可以得知，一共有6n-26n-2个未知参数，而整个未知参数，而整个滑动体可以建立个滑动体可以建立4n4n个方程，因此，未知量比方程数多个方程，因此，未知量比方程数多2n-22n-2个

38、。显然，这是一个高次超静定问题。要求解此方个。显然，这是一个高次超静定问题。要求解此方程组，有两种方法：一是引入变形协调条件，增加方程程组，有两种方法：一是引入变形协调条件，增加方程数；二是对多余变量进行假定，以减少变量数或增加方数；二是对多余变量进行假定，以减少变量数或增加方程数。极限平衡分析法采用第二种方法。一般认同这样程数。极限平衡分析法采用第二种方法。一般认同这样的假定，即在条块宽度足够小时，可以认为土条底的滑的假定，即在条块宽度足够小时，可以认为土条底的滑裂面合力作用点位于底面中点，这样就减少了裂面合力作用点位于底面中点，这样就减少了n n个未知量。个未知量。现在的问题在于如何解决剩

39、下的现在的问题在于如何解决剩下的n-2n-2个多余变量的问题。个多余变量的问题。对这多余的对这多余的n-2n-2个变量的简化假定不同衍生出多种不同的个变量的简化假定不同衍生出多种不同的极限平衡条分法，目前最常用的主要有：极限平衡条分法，目前最常用的主要有：FelleniusFellenius条分条分法、法、BishopBishop法、传递系数法、分块极限平衡法、法、传递系数法、分块极限平衡法、SpencerSpencer法、法、JanbuJanbu法、法、SarmaSarma法、法、Morgensten-PriceMorgensten-Price法等，这些法等，这些方法从不同的侧面进行多余变量

40、的简化假定，如下表所方法从不同的侧面进行多余变量的简化假定，如下表所示。示。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n 表表2.2 2.2 常用条分法对多余变量的简化假定常用条分法对多余变量的简化假定极限平衡条分法多余变量的简化假定Fellenius条分法条块间无作用力Bishop法条块间只有水平作用力传递系数法假定了条块间作用力的方向分块极限平衡法条块间满足极限平衡条件Spencer法条块间水平作用力和垂直作用力之比为常数Janbu 法假定了条间作用力的位置Sarma 法条块间满足极限平衡条件Morge

41、nsten-Price法条间切向力和法向力之比与水平方向坐标之间存在一个函数关系式 跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2.5 2.5 几种常用极限平衡法几种常用极限平衡法nFellenius条分法（瑞典法条分法）n其安全系数公式为：跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目nBishop条分法n其安全系数公式为：跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重

42、视，已经展开了“精准扶贫”项目nJanbu条分法n其安全系数公式为：跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目表表2.3 2.3 几种常用的刚体极限平衡法平衡条件的比较几种常用的刚体极限平衡法平衡条件的比较方 法条间力假定所满足的平衡条件力矩水平力垂直力Fellenius条分法X=E=0是否否Bishop法X=0是否是传递系数法否是是分块极限平衡否是是Spencer法=常数是是是Janbu 法作用点于下(1/3-1/2)h之间是是是Sarma 法是是是Morgensten-Price法是是是跳转到第一页认识

43、到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目表表2.4 2.4 几种常用的刚体极限平衡法适应滑动面的比较几种常用的刚体极限平衡法适应滑动面的比较方 法所适应的滑动面形状 圆 弧折 线任意形状Fellenius条分法是Bishop法是传递系数法是分块极限平衡是Spencer法是Janbu 法是Sarma 法是Morgensten-Price法是跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n2.6 2.6 条分法存在的问题条分法存在的问题n 刚

44、体极限平衡条分法概念清晰，计算简单，容易被工程技术人员理解和掌握，能直接给出反映边坡稳定的安全系数值及潜在滑动面形状及位置，因此一直以来在工程界被广泛运用。但是也存在一些缺陷，主要归纳如下:n （1）对于滑动面未知的边坡，用刚体极限平衡法计算其稳定安全系数时必须首先搜索出临界滑动面，而临界滑动面的搜索方法还不完善，每一种方法的搜索性都有显著差异，每一种方法都有其自身不可逾越的缺陷，存在着是否能搜索出真正的全局最小值，而不陷入局部极值点或者对于实际问题是否具有广泛的适应性、易用性和计算的高效性等问题。n （2）极限平衡法所求出的安全系数只是所假定的滑裂面上的平均安全系数，并认为沿滑动面上各点土体

45、具有相同的剪应力水平，抗剪强度的发挥程度是相同的，这与实际情况不相符合。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 （3）用刚体极限平衡方法一般多进行平面分析，进行三维整体分析很困难，特别是在滑裂面形状复杂时，进行空间分析几乎不可能，所以对滑坡体而言，用刚体极限平衡方法只能得出其中某一个剖面的安全系数，而这些安全系数并不能代表整个滑坡体的安全程度。n （4）条分法不进行应力应变分析，其滑动面上的正应力和剪应力一般由条块的自重来确定，这不符合边坡工程的实际应力状态。由于假定每一个土条的作用下无法分析边坡破坏的

46、发生和发展过程，不能考虑边坡岩土体的变形以及开挖、填筑等施工活动对边坡的影响，对于由许多种材料组成的一般性边坡，目前各种方法都是借助于粗糙的假设或简化模型进行分析计算，对于复杂边坡工程计算比较困难，因而其适用范围受到一定限制。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 （5）极限平衡法将滑坡体视为刚体，并将土体的破坏仅仅看作是刚体沿滑面做滑移运动，这不符合岩土体的破坏规律。边坡土体的破坏，首先从剪应力最集中的部位开始，然后按剪应力集中程度及破坏点的应力释放结果，逐步扩展，最终形成破裂面。因此破裂面是渐进破坏

47、的轨迹，破裂面从土体中分割出滑动土体，然后才出现滑动土体沿破裂面作滑移运动，于是破裂面变成了滑动面。一般而言，破裂过程在先，滑移过程在后，这是客观存在着的两个过程。而且用分析刚性体的方法，不能满足变形协调条件，因而计算出滑动面上的应力状态不真实。n跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n （6）目前极限平衡条分法都无一例外地采用摩尔库仑强度准则，但实际上，摩尔一库仑准则并非岩土体及极限平衡方法的本质准则，在很多情况下，采用摩尔库仑准则计算出边坡不稳定，但实际上是稳定的，可能重要的一个原因就是强度准则选用

48、不当。强度准则的选择涉及到许多方面的知识，本文不具体讨论，仍采用该准则。n （7）对变量进行简化的合理性问题，一直受到人们的普遍关注，各种简化对于计算结果的精度的影响也很难判断。Morgenstin-Price最早提出过解的合理性限制问题，即所获得的解必须满足以下2个假定:n 条块间不允许出现拉力；n 条分面上的剪应力不超过按摩尔-库伦准则提供的抗剪强度。跳转到第一页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n3 3边坡工程稳定性数值计算分析方法边坡工程稳定性数值计算分析方法 数值计算方法是以弹塑性理论为基础，分析边坡

49、数值计算方法是以弹塑性理论为基础，分析边坡土体内部的应力应变状态，从而寻找最不利滑动面、土体内部的应力应变状态，从而寻找最不利滑动面、抗滑剪应力和下滑剪应力，来评价边坡的稳定性。数抗滑剪应力和下滑剪应力，来评价边坡的稳定性。数值计算方法是边坡稳定分析计算的另一种主要方法，值计算方法是边坡稳定分析计算的另一种主要方法，常用的方法有：常用的方法有：有限元法、边坡大变形的流形元法、有限元法、边坡大变形的流形元法、边坡工程的反分析法以及遗传进化算法、神经网络算边坡工程的反分析法以及遗传进化算法、神经网络算法法等。等。n 数值计算方法需要计算机进行编程计算。数值计算方法需要计算机进行编程计算。跳转到第一

50、页认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目n边坡稳定性分析有限元法边坡稳定性分析有限元法 所谓有限元法，就是用有限个单元体所构成的离所谓有限元法，就是用有限个单元体所构成的离散化结构，代替原来的连续体结构，来分析应力及变散化结构，代替原来的连续体结构，来分析应力及变形。这些单元体只在节点处有力的联系。形。这些单元体只在节点处有力的联系。有限元法的有限元法的基本出发点是将一个连续结构离散成有限个单元体，基本出发点是将一个连续结构离散成有限个单元体，这些单元体在节点处相互铰接，把荷载简化到节点上，这些单元体在节点处相互铰