第10章-土坡和地基的稳定性

第十章土坡和地基的稳定性1土木与建筑工程学院第10章土坡和地基的稳定性2概述无黏性土坡的稳定性黏性土坡的稳定性土坡稳定性的影响因素地基的稳定性第10章土坡和地基的稳定性概述边坡稳定分析对象：土石坝、库区边坡，堤坝填筑土质、岩质边坡土坡：具有倾斜面的土体坡肩坡顶坡角坡趾坡高坡底坡度：1:m3第10章土坡和地基的稳定性天然土坡•江、河、湖、海岸坡•山、岭、丘、岗、天然坡人工土坡•挖方：沟、渠、坑、池•填方：堤、坝、路基、堆料土坡一、土坡的类型概述4第10章土坡和地基的稳定性一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动滑坡：什么是滑坡？为什么会滑坡？二、滑坡现象概述5第10章土坡和地基的稳定性1.滑坡原因1）振动：地震、爆破2）土中水位升、降4）水流冲刷：使坡脚变陡5）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3）降雨引起渗流、软化概述6第10章土坡和地基的稳定性2.滑坡危害对水利工程的危害对铁路公路的危害对河运及海洋工程的危害对工程设施及房屋建筑的危害概述7第10章土坡和地基的稳定性3.滑坡形式平移崩塌转动流滑概述8第10章土坡和地基的稳定性1600人死亡！老县城埋没村庄9第10章土坡和地基的稳定性906人死亡！新北川中学岩崩埋没村庄10第10章土坡和地基的稳定性王家岩滑坡新北川中学老县城新县城景家山崩塌11第10章土坡和地基的稳定性2003年8月25日，四川省雅安市雨城区和荥经县遭受特大暴雨袭击。在不到5个小时的时间内，降雨量达到228毫米，发生群发性滑坡和洪水，造成18人死亡3人失踪。概述12第10章土坡和地基的稳定性2003年7月13日三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。概述13第10章土坡和地基的稳定性●山崩1342处；●滑坡1752处；●泥石流501处；●堰塞湖100多个（严重危害的34个）。5.12汶川地震山体崩塌与滑坡灾害被地震摧毁的北川县城，左上角的滑坡是北川的最大杀手概述14第10章土坡和地基的稳定性施加在层面的重力为W，该力可以分解成一个沿层面方向的下滑力（剪切力）T:sinWT和一个垂直层面方向的正压力PcosWP从物理学中的摩擦定律可知，则摩擦力应为正压力与摩擦系数μ的乘积，摩擦力是阻碍滑动的力。发生滑坡的临界条件可以写为:PT概述15第10章土坡和地基的稳定性滑坡滑动的根本原因土体内部某个滑动面上的剪应力达到了它的抗剪强度。库伦公式、摩尔-库伦强度理论概述16第10章土坡和地基的稳定性17概述无黏性土坡的稳定性黏性土坡的稳定性土坡稳定性的影响因素地基的稳定性第10章土坡和地基的稳定性均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的单元体稳定TT土坡整体稳定TTNW一、无渗流情况下无粘性土坡稳定性分析无黏性土坡的稳定分析18第10章土坡和地基的稳定性WTTN稳定条件：TT抗滑力与滑动力的比值tantansintancosWWTTK1）微单元A自重:W=VsinWT2）沿坡滑动力：cosWN3）对坡面压力：tancostan'WNT4）抗滑力：5）抗滑安全系数：无黏性土坡的稳定分析19第10章土坡和地基的稳定性当=时，K=1.0，天然休止角tantanK•安全系数与土容重无关•与所选的微单元大小无关•坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数k都相等无黏性土坡的稳定分析20第10章土坡和地基的稳定性降雨正常蓄水土坝下游水位骤降的土坝上游逸出段无黏性土坡的稳定分析二、有沿坡渗流情况下无粘性土坡稳定性分析21第10章土坡和地基的稳定性(1)自重：vVJTsatwsinsinsin'tgVNtgTcos''渗透力：（方向：平行于土坡）(2)滑动力：(3)抗滑力：(4)抗滑安全系数：WVtgtgtgJTTKsatsatsincos'取微单元A，以土骨架为隔离体：WTNJWTNAlhJsinlhiViVjJwVwsin无黏性土坡的稳定分析22第10章土坡和地基的稳定性讨论：W’T’NAlhJtgtgKsat意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏•与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同•与容重有关0.5sat与无渗流比较K减小近一倍无黏性土坡的稳定分析23第10章土坡和地基的稳定性24概述无黏性土坡的稳定性黏性土坡的稳定性土坡稳定性的影响因素地基的稳定性第10章土坡和地基的稳定性由于存在粘聚力C，与无粘性土坡不同；其危险滑裂面位置在土坡深处；对于均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似。破坏特点OR思考：为什么粘性土坡通常不会发生表面滑动？黏性土坡的稳定分析25第10章土坡和地基的稳定性1整体圆弧滑动法（瑞典Petterson）2瑞典条分法（瑞典Fellenius）3毕肖普法（Bishop）4Janbu法5Spencer方法6Morgenstern-Price方法7陈祖煜的通用条分法8不平衡推力传递法9Sarma方法计算方法：26黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性均质粘性土层中的三种圆弧滑动面a)坡脚圆b)坡面圆c)中点圆1、整体圆弧滑动法（瑞典圆弧法）27黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性•均质土•二维•圆弧滑动面•滑动土体呈刚性转动•在滑动面上处于极限平衡条件假设条件OR281、整体圆弧滑动法（瑞典圆弧法）黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性ORCBA平衡条件（各力对圆心O的力矩平衡）f(1)滑动力矩：(3)安全系数：uRccMcAcR当=0（粘土不排水强度）时，nnl注：（其中是未知函数）(2)抗滑力矩：aGaGMsRltgRcAcRltgcRlMLnLnLfRdd)(d000GaRcAcMMKsR滑动力矩抗滑力矩29黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性讨论：1当0时，n是l(x,y)的函数，无法得到K的理论解2其中圆心O及半径R是任意假设的，还必须计算若干组（O,R）找到最小安全系数——最可能滑动面3适用于饱和软粘土，即=0情况ORCBAaGf30黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的方法：当=0时，最危险滑动面通过坡角，圆心在CO与BO的交点处，1、2查表10-1.当0时，最危险滑动面圆心位置可能在EO的延长线上，试算法确定。31黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性稳定系数法：hcNs从图中可直接由已知的c、、、确定土坡极限高度h，也可由已知的c、、、h及安全系数K确定土坡的坡角。泰勒法5参数知4可求132黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性ORdCBAW条分法的基本原理及分析：源起整体圆弧法：n是l(x,y)的函数ltgLnd0思路离散化分条条分法AORCibB-2-101234567解决矛盾33黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性未知数：条块简力＋作用点位置＝2(n-1)+(n-1)＝3n-3滑动面上的力＋作用点位置＝3n安全系数F＝1方程数：静力平衡＋力矩平衡＝3n滑动面上极限平衡条件＝n4n6n-2未知数－方程数＝2n-2PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi34黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性2瑞典条分法（简单条分法）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：n未知数:2n+1方程数:4n假定：圆弧滑裂面；不考虑条间力35黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性径向力平衡：TiNiiWi极限平衡条件：cosiiiNWsiiiiisiiiiiFtgWlcFtgNlcTcos整体对圆心的力矩平衡：滑动力矩=抗滑力矩sRMMRFtgWlcRTRWsiiiiiiii)cos(siniiiiiiisWtgWlcFsin)cos(显式表达AORCibB-2-10123456736黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性iiiiiiiiisWtgluWlcFsin])cos([瑞典法也可用有效应力法进行分析：ui为第i土条地面中点处的孔隙水压力37黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性TiNiiWiAORCibB-2-101234567圆心O，半径R（如图）分条：b=R/10编号：过圆心垂线为0#条中线列表计算liWii变化圆心O和半径RFs最小ENDiiiiiiisWtgWlcFsin)cos(计算步骤38黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性瑞典条分法的讨论TiNiiWiAORCibB-2-101234567cosiiiNWsiiiiiFtgNlcT(1)一些平衡条件不能满足未知数:2n+1方程数:4niiWsinT0N0W039黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性(2)假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别•忽略条间力，使得计算安全系数Fs偏小•假设圆弧滑裂面,使Fs偏大最终结果是Fs偏小，越大Fs越偏小一般情况下，Fs偏小10%左右工程应用中偏于安全40AORCibB-2-101234567黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性4改进的毕肖普（Bishop）法忽略条间切向力：n-12n-1PiHiTiNiihi+1WiPi+1Hi+1hi假定滑动面上作用点位置：n未知数:4n-1方程数:4n假定：1.圆弧滑裂面；条间的竖向切向力=02.滑动面上切向力Ti大小做了规定41黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性Pihi+1TiNiiWiPi+1hiAORCibB-2-101234567∑Fz=0iiiiiTNWsincossiiiiiFtgNlcT极限平衡条件方程组求解，得到：iisiiiimFlcWN)sin(siiiiFtgmsincosiiiiiisimlctgWFTcos142黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性hi+1PiTiNiiWiPi+1hi整体力矩平衡：RTRWiiisinNi过圆心；Pi互相抵消iiiiiiiisWtgWlcmFsin]cos[1licosi=bi隐式表达siiiiFtgmsincos43AORCibB-2-101234567黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性iiiiiiisWtgbuWbcmFsin])([1毕肖普法也可用有效应力法进行分析：ui为第i土条地面中点处的孔隙水压力siiiiFtgm'sincosim：曲线图表可查44黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性圆心O，半径R设Fs=1.0计算mi变化圆心O和半径RFs最小END计算sFssFFsssFFFNo计算步骤45AORCibB-2-101234567黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性PiTiNiihi+1WiPi+1hi毕肖普法的讨论(2)大多数情况下是精确的未知数:4n-1方程数:4n(1)假设圆弧滑裂面46AORCibB-2-101234567黏性土坡的稳定分析第10章土坡和地基的稳定性5简布（Janbu）法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：n未知数:4n-1方程数:4n假定：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”即假定了条块间力的作用点位置