第9章土坡的稳定分析

第9章土坡的稳定分析Chapter9Stabilityanalysisofsoilslope9.1概述9.1Introduction1.土坡分类(Classificationofsoilslope)（1）天然土坡(Naturalsoilslope)（2）人工土坡(Artificialsoilslope)（图9-1）（1）滑坡的概念(Conceptionoflandslide)（2）旋转型滑坡(Rotationalslide)（图9-2）—粘性土（3）平面滑坡(Planeslide)（图9-3(a)）—无粘性土（4）复合滑坡(Compositeslide)（图9-3(b)）2.滑坡及其类型(Landslideanditstype)滑坡形式平移崩塌转动流滑ShallowslidesRotationalfailureSlabfailureCantileverfailureEarthflow营养土壤固滨笼3.滑坡的原因(Reasonoflandslide)—滑动力(Slidingdrivingforce)抗滑力(Slidingresistanceforce)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4.土坡稳定分析的简化Simplificationofstabilityanalysisofsoilslope5.土坡稳定分析方法的分类Classificationofmethodsofstabilityanalysisofsoilslope(1)定值法(Methodofdeterminatevalue)(2)考虑安全度的极限状态分析法Methodoflimitstateanalysisconsideringsafetydegree滑坡堆积区易贡巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意图城市中的滑坡问题（香港，重庆）填方挖方有沿坡渗流情况降雨正常蓄水土坝下游水位骤降的土坝上游逸出段9.2Stabilityanalysisofcohesionlesssoilslope9.2.1全干或全部淹没的土坡（图9-4(a)）Dryorfullyinundationsoilslope下滑力(Slidingforce)坡面法向力(Normalforceonslopesurface)抗滑力(Slidingresistanceforce)9.2无粘性土边坡的稳定性分析sinWTstgNTfcosWN土坡稳定安全系数(Safetycoefficientofslopestability)Fs土坡的静止角(At-restangle)或休止角(Reposeangle)(9-1)tgtgWtgWTTFsfssincos滑动力抗滑力Soilslopewithseepageforce渗流产生渗流力渗流顺坡面流出时，θ＝β，此时i=sinβ，则由上式可见，有渗流时边坡的稳定安全系数约降低1/2。即才能稳定。(9-2)(9-3)wij)cos(sin)]sin(cos[ViVtgViVTTFwwsfs滑动力抗滑力tgtgtgFwws)(sinsincostgtg2119.2.2有渗流作用的土坡（图9-4(b)）ABC)sin/(2tan/tan)sin/()tancos(/shcVBCcVTTFf]sin)(/[2]tan)/[(tan)sinsin/()tancos(/swwfhcVVBCcVJTTF根系的加筋作用可以提高无粘性土坡浅层的稳定性。另外，植被的蒸腾作用可以帮助坡土调整孔隙水压力（地下水位以上非饱和区为吸力）的大小和分布，其根系的浅层加筋和中层锚固作用，以及枝茎的水土保持作用都使得植被对浅层滑坡具有很好的预防作用。9.3.1整体圆弧滑动法（图9-5）Swedishcirclemethod1.假设(Postulation)（1）滑动面形状为圆弧(Slipsurfaceiscircle)（2）滑动土体为刚塑性体Slidingmassisrigid-plasticbody2.安全系数(Coefficientofsafety)滑动力矩(Drivingmoment)抗滑力矩(Resistingmoment)9.3粘性土边坡的稳定性分析9.3StabilityanalysisofcohesionsoilslopeWdMSRLMfRd安全系数对饱和粘性土(9-4)WdRWdRLMMFffSRs2WdRLcMMFuSRs(9-5)ββMinimumsafetycoefficientandmostdangerousslipcircle（1）φ＝0的简单土坡（图9-6（a））β1、β2的值可按P202表9-1确定（2）φ≠0的土坡（图9-6（b））最危险滑弧圆心在MO的延长线上3.最小安全系数及最危险滑弧（图9-6）1.与土坡稳定性有关的五个参数Fiveparametersrelatedtoslopestability2.稳定因数(Stablefactor)Ns3.滑动面类型(Typesofslipsurface)（图9-8）9.3.2泰勒图表法(Taylorgraphmethod)cHNcs(9-6)（1）β53°，Ns=f(β,φ)，坡趾圆(Slopetoecircle)（2）φ3°，坡趾圆β53°坡趾圆(Slopetoecircle)φ≈0°，随nd值不同中点圆(Midpointcircle)斜坡圆(Slopecircle)5.泰勒Ns图的用途(UsesofTaylorgraph)（1）求对应于某一安全系数的稳定坡角Seekstableslopeanglecorrespondingtoacoefficientofsafety（2）求对应于某一坡角的最大坡高Seekmaximumslopeheightcorrespondingtoaslopeangle4.稳定因数Ns图(Graphofstablefactor)(图9-7)图9-71.费伦纽司太沙基公式—不考虑土条间的作用力（图9-9）Fellenius-Terzaghiformula－Ignoretheforcesbetweenslices（1）假定(Postulation)（2）安全系数(Coefficientofsafety)由图9-9中土条的静力平衡条件，得式中滑动力矩为抗滑力矩为9.3.3条分法(Slicemethod)iiiWNcosiiiWTsiniiiihbWRWRTiiisinRlctgNRLciiiiii)(则有效应力分析的安全系数RWRlctgNMMFiiiiiiSRs)sin()((9-7,a)iiiiiiisWtgWlcFsin)cos(iiiiiiiiiiiiiiiiiiiisWtgbuWbcWtgluWlcFsin])seccos(sec[sin])cos([(9-7,b)2.毕肖普公式(Bishop’sformula)（图9-11）（1）假定(Postulation)：Hi+1-Hi=0（2）安全系数(Coefficientofsafety)当Fs1时，抗剪强度与切向力平衡整个滑动土体平衡时，各土条对圆心的力矩为0，得sisiiiFtgNFlcT(9-8)iiiiiiiiPPHHWNsin)(cos)]([11(9-9)0RTxWiii将式(9-8)、(9-9)代入上式，且xi=Rsinαi得由Hi+1-Hi=0，得由，并结合式（9-8）,（9-9）和Hi+1-Hi=0，得iiiiiiiiiiiisWtgPPHHWlcFsin}]sin)(cos)[({11(9-10)iiiiiiiiiisWtgPPWlcFsin}]sin)(cos[{1(9-11)0itFiisiiisiiiiisiiFtgWFlctgWFPPcossinsincos11(9-12)将式（9-11)代入（9-10），得有效应力分析的安全系数为计算方便，令可绘出αi、φi、Fs与mαi的关系曲线，如图9-12所示，采用试算得出结果。注意：当mαi≤0.2时，应考虑Hi的影响或采用其它方法iiisiiiiiiisWFtgtgWlcFsincos/sin1)cos((9-13,a)iiisiiiiiiiisWFtgtgbuWbcFsincos/sin1])([(9-13,b)isiiiFtgmcos/sin图9-12ma值9.4几种特殊情况下的土坡稳定性分析9.4Slopestabilityanalysisforseveralspecialcases9.4.1坡顶开裂的情况(Casesofslopetopcraze)9.4.2成层土坡及有超载的情况CasesofstratifiedslopewithsurchargeaKcz201.成层土坡(Stratifiedsoilslope)2.作用有均布超载q(Actedonuniformsurcharge)9.4.3土坡在不同时期的稳定校核Stabilitycheckforslopeatdifferentphases1.施工期的土坡稳定分析Slopestabilityanalysisduringconstruction(9-14)iiiiiiiiishhbtghhblcFsin)(cos)(22112211iiiiiiiiiiiiishbqbtghbqblcFsin)(cos)((9-15)（1）总应力法分析(Totalstressanalysis)—不重要的土坡（2）有效应力法分析(Effectivestressanalysis)①估算施工期的孔隙水压力Estimationofporewaterpressureduringconstruction)]([31300ABuuuu13113131)1()1(AABABu(9-16,a)131)1(AABuB1BuhuuB(9-16,b)(9-16,c)②用有效应力强度指标Usetheeffectivestrengthparameters2.部分浸水及稳定渗流期的土坡稳定分析Stabilityanalysisasslopepartiallyunderwaterorduringsteadystateseepage（1）部分浸水的土坡稳定分析（图9-17）StabilityanalysisasslopepartiallyunderwateriiiiiiiiiiisbhhtgbhhlcFsin)(cos)(2121(9-17)①流网法(Flownetmethod))(wiiwihzuiiiiiwiiiiisWtglzuWlcFsin)(cos(9-18)（2）稳定渗流期的土坡稳定分析Slopestabilityanalysisduringsteadystateseepage①流网法(Flownetmethod)①流网法(Flownetmethod)②容重代替近似法（Replacedapproximatemethod）iiiisatiiiiiiiiisbhhhtgbhhhlc