岩土工程稳定性边坡稳定性分析方法综述.pptx
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1、会计学1岩土工程稳定性边坡稳定性分析方法综述岩土工程稳定性边坡稳定性分析方法综述评评价价方方法法定量分定量分析析定性分定性分析析自然自然(成因成因)历史分析法历史分析法工程类比法工程类比法边坡稳定性分析数据库和专家系统边坡稳定性分析数据库和专家系统图解法:赤平极射投影、实体比例投影、摩擦圆图解法:赤平极射投影、实体比例投影、摩擦圆法法极限平衡分析法极限平衡分析法数值分析方法数值分析方法模型模拟试验法等模型模拟试验法等。2.1 2.1 边坡稳定性分析评价方法概述边坡稳定性分析评价方法概述(1/19)(1/19)不确定性分析方法不确定性分析方法模糊综合评价法模糊综合评价法概率统计分析法概率统计分析
2、法第1页/共28页 1 1 1 1、定性分析方法、定性分析方法、定性分析方法、定性分析方法 定性分析方法定性分析方法定性分析方法定性分析方法主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析,对己变形地质素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析,对己变形地质素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析,对己变形地质素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析,对己变形地质体的成因及其演化史进行分析,
3、从而给出被评价边坡一个体的成因及其演化史进行分析,从而给出被评价边坡一个体的成因及其演化史进行分析,从而给出被评价边坡一个体的成因及其演化史进行分析,从而给出被评价边坡一个稳定性状况稳定性状况稳定性状况稳定性状况及其及其及其及其可能发展趋势可能发展趋势可能发展趋势可能发展趋势的的的的定性的说明和解释定性的说明和解释定性的说明和解释定性的说明和解释。优点优点优点优点: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
4、展趋势作出评价。况及其发展趋势作出评价。况及其发展趋势作出评价。况及其发展趋势作出评价。常用的方法常用的方法常用的方法常用的方法主要有下面几种。主要有下面几种。主要有下面几种。主要有下面几种。(1)(1)(1)(1)自然自然自然自然(成因成因成因成因)历史分析法历史分析法历史分析法历史分析法 (2)(2)(2)(2)工程类比法工程类比法工程类比法工程类比法 (3)(3)(3)(3)边坡稳定性分析数据库和专家系统边坡稳定性分析数据库和专家系统边坡稳定性分析数据库和专家系统边坡稳定性分析数据库和专家系统 (4)(4)(4)(4)图解法图解法图解法图解法 2.1 2.1 边坡稳定性分析评价方法概述边
5、坡稳定性分析评价方法概述(2/19)(2/19)第2页/共28页自然历史分析法(也称成因历史分析法)自然历史分析法(也称成因历史分析法)通过研究边坡的形成历史和所处的自然地质环境、它的变形和物质通过研究边坡的形成历史和所处的自然地质环境、它的变形和物质组成、变形破坏行迹,以及影响边坡稳定性的各种因素特征和相互关系,组成、变形破坏行迹,以及影响边坡稳定性的各种因素特征和相互关系,从而对它的演变阶段和稳定状况做出评价和预测。从而对它的演变阶段和稳定状况做出评价和预测。主要是针对已有多年历史的边坡,其主要是针对已有多年历史的边坡,其主要研究内容主要研究内容如下:如下:研究组成边坡的物质介质及其特征,
6、包括岩土类型及性质、岩体结构研究组成边坡的物质介质及其特征,包括岩土类型及性质、岩体结构特征等。特征等。对已有的边坡变形作深入仔细的研究,包括变形部位、变形类型及形对已有的边坡变形作深入仔细的研究,包括变形部位、变形类型及形成机理等。成机理等。分析边坡所处地区自然地理条件的变化,包括季节性雨期、周期性地分析边坡所处地区自然地理条件的变化,包括季节性雨期、周期性地震、地表水的变化等。震、地表水的变化等。联系边坡变形破坏的历史,确定促使边坡稳定性发生变化的主导因素,联系边坡变形破坏的历史,确定促使边坡稳定性发生变化的主导因素,从而判断边坡稳定现状和发展趋势。从而判断边坡稳定现状和发展趋势。成因历史
7、分析法不仅能判定边坡稳定现状,也能对边坡稳定性演化做出成因历史分析法不仅能判定边坡稳定现状,也能对边坡稳定性演化做出预测,并能为定量的力学计算方法确定边界条件和选用参数,为工程地预测,并能为定量的力学计算方法确定边界条件和选用参数,为工程地质类比法提供比拟依据。因此,成因历史分析法是各种分析方法的基础。质类比法提供比拟依据。因此,成因历史分析法是各种分析方法的基础。第3页/共28页工程地质类比法工程地质类比法是将已有边坡同新边坡进行类比,将前者的研究设计经验是将已有边坡同新边坡进行类比,将前者的研究设计经验用于拟建边坡的研究设计中去。为此,需对要类比的两个边坡用于拟建边坡的研究设计中去。为此,
8、需对要类比的两个边坡全面分析研究其工程地质条件和影响边坡稳定的各种因素,并全面分析研究其工程地质条件和影响边坡稳定的各种因素,并考虑采矿技术条件,比较其相似性和差异性。只有相似程度较考虑采矿技术条件,比较其相似性和差异性。只有相似程度较高的边坡才能进行类比,即类比的原则是相似性。高的边坡才能进行类比,即类比的原则是相似性。工程地质类比法虽然是一种工程地质类比法虽然是一种经验方法经验方法,但在新边坡的设计,但在新边坡的设计中,特别是对中小型边坡的设计时通常采用的一种方法。这种中,特别是对中小型边坡的设计时通常采用的一种方法。这种方法可以根据边坡的岩性、构造、岩体结构、水文地质条件、方法可以根据边
9、坡的岩性、构造、岩体结构、水文地质条件、坡高等相似性,从经验数据中选取合理的边坡角;根据岩性和坡高等相似性,从经验数据中选取合理的边坡角;根据岩性和岩体结构的相似性,从经验数据中选取稳定计算参数;根据自岩体结构的相似性,从经验数据中选取稳定计算参数;根据自然条件相似的边坡破坏实例,反算推求边坡稳定性的计算参数,然条件相似的边坡破坏实例,反算推求边坡稳定性的计算参数,预测新边坡的变形破坏形式和发展变化规律以及根据相似边坡预测新边坡的变形破坏形式和发展变化规律以及根据相似边坡的整治经验,提出边坡整治措施。的整治经验,提出边坡整治措施。第4页/共28页图解法图解法 包括赤平极射投影、实体比例投影与摩
10、擦圆等方法。包括赤平极射投影、实体比例投影与摩擦圆等方法。图解法的优点是能快速、直观地分辨出控制边坡稳图解法的优点是能快速、直观地分辨出控制边坡稳 定定性的主要和次要结构面,确定出边坡结构的稳定类型,判定性的主要和次要结构面,确定出边坡结构的稳定类型,判定不稳定块体的形状、规模及滑动方向。对用图解法判定为不不稳定块体的形状、规模及滑动方向。对用图解法判定为不稳定的岩质高边坡,需进一步用计算加以验证。稳定的岩质高边坡,需进一步用计算加以验证。第5页/共28页赤平极射投影法赤平极射投影法赤平极射投影是表示物体的几何要素,或点、线、平面的空间赤平极射投影是表示物体的几何要素,或点、线、平面的空间方向
11、和它们之间的角距关系的平面投影。方向和它们之间的角距关系的平面投影。利用赤平极射投影分析边坡稳定性时,首先要调查统计岩体节利用赤平极射投影分析边坡稳定性时,首先要调查统计岩体节理裂隙,掌握比较发育和贯通性强的结构面,特别是软弱结构面的理裂隙,掌握比较发育和贯通性强的结构面,特别是软弱结构面的产状特征。如果软弱结构面比较明显,就需将其画在赤平投影图上,产状特征。如果软弱结构面比较明显,就需将其画在赤平投影图上,并结合边坡面在赤平投影图上的位置,分析边坡的稳定性。并结合边坡面在赤平投影图上的位置,分析边坡的稳定性。赤平极射投影法能有效地定性评价边坡的稳定性和滑动形式,赤平极射投影法能有效地定性评价
12、边坡的稳定性和滑动形式,但不能表示出软弱结构面在边坡上的具体位置及滑动体的大小和形但不能表示出软弱结构面在边坡上的具体位置及滑动体的大小和形态特征。为此,以赤平极射投影为基础,尚需采用实体比例投影方态特征。为此,以赤平极射投影为基础,尚需采用实体比例投影方法。法。近年来,由于工程地质学科的发展,使赤平极射投影法得到了近年来,由于工程地质学科的发展,使赤平极射投影法得到了更广发的应用。利用岩体结构面的赤平极射投影,再辅以作用力的更广发的应用。利用岩体结构面的赤平极射投影,再辅以作用力的矢量图,形成了一整套分析岩体稳定性的方法。对边坡来说,可用矢量图,形成了一整套分析岩体稳定性的方法。对边坡来说,
13、可用于分析除圆弧滑面外的多种几何形态滑体的稳定性。于分析除圆弧滑面外的多种几何形态滑体的稳定性。第6页/共28页边坡稳定专家系统边坡稳定专家系统该系统是一种计算机程序分析法,以专家的水平完成复杂该系统是一种计算机程序分析法,以专家的水平完成复杂的边坡稳定分析。它把一般的模拟人类的解题策略与边坡稳的边坡稳定分析。它把一般的模拟人类的解题策略与边坡稳定问题所特有的大量实际知识和经验结合起来。定问题所特有的大量实际知识和经验结合起来。工程地质领域最早研制出的专家系统是用于地质勘察的专家工程地质领域最早研制出的专家系统是用于地质勘察的专家系统系统Propecter,由斯坦福大学于,由斯坦福大学于70年
14、代中期完成的。另外,年代中期完成的。另外,MIT在在80年代中期研制的测井资料咨询的专家系统也得到成年代中期研制的测井资料咨询的专家系统也得到成功地应用。功地应用。在国内,许多单位正在进行研制,并取得了很多的成果。在国内,许多单位正在进行研制,并取得了很多的成果。专家系统使得一般工程技术人员在解决工程地质问题时能象专家系统使得一般工程技术人员在解决工程地质问题时能象有经验的专家给出比较正确的判断并做出结论,因此,专家有经验的专家给出比较正确的判断并做出结论,因此,专家系统的应用为工程地质的发展提供了一条新思路。系统的应用为工程地质的发展提供了一条新思路。第7页/共28页2 2、定量分析法、定量
15、分析法n n严格地讲,边坡稳定性分析还远远没有走到完全定量这一步,它严格地讲,边坡稳定性分析还远远没有走到完全定量这一步,它严格地讲,边坡稳定性分析还远远没有走到完全定量这一步,它严格地讲,边坡稳定性分析还远远没有走到完全定量这一步,它只能算是一种半定量的分析方法。常用的边坡稳定性分析方法土只能算是一种半定量的分析方法。常用的边坡稳定性分析方法土只能算是一种半定量的分析方法。常用的边坡稳定性分析方法土只能算是一种半定量的分析方法。常用的边坡稳定性分析方法土要有下述几种:要有下述几种:要有下述几种:要有下述几种:n n(1 1 1 1)极限平衡分析法)极限平衡分析法)极限平衡分析法)极限平衡分析
16、法n n(2 2 2 2)数值分析方法)数值分析方法)数值分析方法)数值分析方法2.1 2.1 边坡稳定性分析评价方法概述边坡稳定性分析评价方法概述(3/19)(3/19)第8页/共28页(1)(1)极限平衡法极限平衡法块块体体极限平衡法(经典极限平衡极限平衡法(经典极限平衡法)法)n n块体极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法。它块体极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法。它块体极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法。它块体极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法。它是传统边坡稳定分析方法的代表。是传统边坡稳定分析方法的代表。是传统边坡稳定分析方法的代
17、表。是传统边坡稳定分析方法的代表。n n块体极限平衡法首先假定块体极限平衡法首先假定块体极限平衡法首先假定块体极限平衡法首先假定滑移面已知、同时假定滑动体为刚体,滑移面已知、同时假定滑动体为刚体,滑移面已知、同时假定滑动体为刚体,滑移面已知、同时假定滑动体为刚体,即忽略滑动体的变形对稳定性的影响,即忽略滑动体的变形对稳定性的影响,即忽略滑动体的变形对稳定性的影响,即忽略滑动体的变形对稳定性的影响,在以上假定条件下对边坡在以上假定条件下对边坡在以上假定条件下对边坡在以上假定条件下对边坡进行静力平衡计算,从而求出边坡稳定系数进行静力平衡计算,从而求出边坡稳定系数进行静力平衡计算,从而求出边坡稳定系
18、数进行静力平衡计算,从而求出边坡稳定系数.2.1 2.1 边坡稳定性分析评价方法概述边坡稳定性分析评价方法概述(4/19)(4/19)第9页/共28页基本思路:基本思路:n n首先,确定滑动面的位置和形状。首先,确定滑动面的位置和形状。首先,确定滑动面的位置和形状。首先,确定滑动面的位置和形状。实际的滑动面将取决于结构面实际的滑动面将取决于结构面实际的滑动面将取决于结构面实际的滑动面将取决于结构面的分布、组合关系及其所具有的剪切强度。实践证明,均质土坡的分布、组合关系及其所具有的剪切强度。实践证明,均质土坡的分布、组合关系及其所具有的剪切强度。实践证明,均质土坡的分布、组合关系及其所具有的剪切
19、强度。实践证明,均质土坡的破坏面都接近于圆弧形,岩体中存在软弱结构面时,边坡岩体的破坏面都接近于圆弧形,岩体中存在软弱结构面时,边坡岩体的破坏面都接近于圆弧形,岩体中存在软弱结构面时,边坡岩体的破坏面都接近于圆弧形,岩体中存在软弱结构面时,边坡岩体常沿某个软弱结构面或某几个软弱结构面的组合面滑动,因此,常沿某个软弱结构面或某几个软弱结构面的组合面滑动,因此,常沿某个软弱结构面或某几个软弱结构面的组合面滑动,因此,常沿某个软弱结构面或某几个软弱结构面的组合面滑动,因此,根据具体情况假定的滑动面与实际情况是很接近的。根据具体情况假定的滑动面与实际情况是很接近的。根据具体情况假定的滑动面与实际情况是
20、很接近的。根据具体情况假定的滑动面与实际情况是很接近的。n n其次,确定极限抗滑力和滑动力,并计算其稳定性系数。其次,确定极限抗滑力和滑动力,并计算其稳定性系数。其次,确定极限抗滑力和滑动力,并计算其稳定性系数。其次,确定极限抗滑力和滑动力,并计算其稳定性系数。所谓所谓所谓所谓稳稳稳稳定性系数定性系数定性系数定性系数即指可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。即指可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。即指可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。即指可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。由于滑动面是预先假定的,因此就可能不止一个,这样就要分别由于滑动面是预先假定的,因此就可能
21、不止一个,这样就要分别由于滑动面是预先假定的,因此就可能不止一个,这样就要分别由于滑动面是预先假定的,因此就可能不止一个,这样就要分别试算出每个可能滑动面所对应的稳定性系数,取其中最小者作为试算出每个可能滑动面所对应的稳定性系数,取其中最小者作为试算出每个可能滑动面所对应的稳定性系数,取其中最小者作为试算出每个可能滑动面所对应的稳定性系数,取其中最小者作为最危险滑动面。最危险滑动面。最危险滑动面。最危险滑动面。n n最后以安全系数为标准评价边坡的稳定性最后以安全系数为标准评价边坡的稳定性最后以安全系数为标准评价边坡的稳定性最后以安全系数为标准评价边坡的稳定性。2.1 2.1 边坡稳定性分析评价
22、方法概述边坡稳定性分析评价方法概述(5/19)(5/19)第10页/共28页n n当当当当滑移面为一简单平面滑移面为一简单平面滑移面为一简单平面滑移面为一简单平面时,静力平衡计算可采用解析法计算,因时,静力平衡计算可采用解析法计算,因时,静力平衡计算可采用解析法计算,因时,静力平衡计算可采用解析法计算,因而可获得解析解。著名的库仑公式就是一例,一直沿用至今。而可获得解析解。著名的库仑公式就是一例,一直沿用至今。而可获得解析解。著名的库仑公式就是一例,一直沿用至今。而可获得解析解。著名的库仑公式就是一例,一直沿用至今。n n当当当当滑移面为圆弧、对数螺线、折线或任意曲线时滑移面为圆弧、对数螺线、
23、折线或任意曲线时滑移面为圆弧、对数螺线、折线或任意曲线时滑移面为圆弧、对数螺线、折线或任意曲线时,无法获得解析,无法获得解析,无法获得解析,无法获得解析解,通常要采用解,通常要采用解,通常要采用解,通常要采用条分法求条分法求条分法求条分法求解。此时坡体为一静不定问题,通过对某些解。此时坡体为一静不定问题,通过对某些解。此时坡体为一静不定问题,通过对某些解。此时坡体为一静不定问题,通过对某些未知量作假定,使方程式的数目与未知数数目相等从而使问题成为静未知量作假定,使方程式的数目与未知数数目相等从而使问题成为静未知量作假定,使方程式的数目与未知数数目相等从而使问题成为静未知量作假定,使方程式的数目
24、与未知数数目相等从而使问题成为静定,这种方法十分简便,而且计算结果能满足工程要求而被广为应用。定,这种方法十分简便,而且计算结果能满足工程要求而被广为应用。定,这种方法十分简便,而且计算结果能满足工程要求而被广为应用。定,这种方法十分简便,而且计算结果能满足工程要求而被广为应用。目前工程中常用的条分法目前工程中常用的条分法目前工程中常用的条分法目前工程中常用的条分法有:有:有:有:FelleniusFellenius法(法(法(法(.Fellenius.Fellenius,19631963)、)、)、)、BishopBishop法法法法(.Bishop.Bishop,19551955)、)、)
25、、)、JanbuJanbu法(法(法(法(N.JanbuN.Janbu,19541954,19731973)。)。)。)。Morgestern-PriceMorgestern-Price法、法、法、法、(Morgestern-PriceMorgestern-Price,19651965)、)、)、)、SpencerSpencer法法法法(SpencerSpencer,19731973)、)、)、)、SarmaSarma法法法法(SarmaSarma,19791979)、传递系数法等、传递系数法等、传递系数法等、传递系数法等2.1 2.1 边坡稳定性分析评价方法概述边坡稳定性分析评价方法概述(6
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