边坡稳定性计算方法

边坡稳定性计算•概述•计算方法分类•平面滑坡的稳定性计算•圆弧面滑坡的稳定性计算•曲折滑面滑坡的稳定性计算•楔形体滑坡的稳定性计算•球投影法分析边坡的稳定性•崩落及屈曲滑坡的计算•数值分析法简介•概率分析法简介返回______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________煤炭系统规定边坡稳定性分析概述边坡岩体可能处于相对静止状态，或者处于极限平衡状态，或者处于运动状态。处于相对静止状态的边坡是稳定的；处于运动状态的边坡岩体称为滑坡体，边坡岩体的运动过程称为滑坡。事实上，边坡岩体内存在两种不同类型的力：阻止岩体向下滑动的力——抗滑力；驱使岩体向下滑动的力——滑动力。通过抗滑力与滑动力（或抗滑力矩与滑动力矩）的比较，就可以判断出边坡岩体所处的状态，这就是边坡稳定性分析。边坡稳定分析的任务有两类：一类是验算已有边坡的稳定性，以便决定是否采取防护措施。如果需要采取防护措施，稳定性计算的结果将作为防护设施设计的依据。另一类是设计合理的边坡参数，使得设计的边坡既安全又经济。目前，边坡稳定分析的结果通常用边坡稳定系数来表示。规范对稳定系数的大小作出了规定。露天煤矿工程设计规范边坡稳定性系数选取表1.21.31010内排土场边坡1.2~1.520外排土场边坡1.0~1.2临时工作帮边坡1.1~1.21.2~1.31.3~1.51010~2020非工作帮边坡1.3~1.520采掘场最终边坡1.520边坡上部有重要建筑物或边坡滑落会造成生命财产重大损失者稳定系数服务年限(a)边坡类型《露天煤矿工程设计规范》（GB50197-94）_______其它部门规定_______《岩土工程勘察规范》规定边坡的稳定系数按以下方法取值：新设计的边坡，对安全等级为一级的边坡工程，Fs值宜采用1.30～1.50；安全等级为二级的边坡工程，Fs值宜采用1.15～1.30，安全等级为三级的边坡工程，Fs值宜采用1.05～1.15。当边坡采用峰值抗剪强度参数设计时，Fs取大值，采用残余抗剪强度参数设计时，Fs取小值。验算已有边坡的稳定性，Fs值可采用1.10～1.25；当需要边坡加荷，增大坡角或开挖坡角时，应按新设计边坡取值。《建筑地基基础设计规范》规定：滑坡推力安全系数应根据滑坡现状及其对工程的影响等因素确定，对一级建筑物取1.25，二级建筑物取1.15，三级建筑物取1.05。边坡稳定性计算方法分类边坡稳定性计算目前多采用二维断面进行分析，三维分析使用还较少。稳定性分析方法可分为三类：•概率分析法把滑体视为刚体；滑动面因剪切破坏而形成；用块体在斜坡上的平衡原理确定稳定系数。•刚体极限平衡法•数值分析法包括有限单元法、边界单元法、离散单元法等。根据边坡体内的应力和位移分布确定边坡的稳定性。用数理统计方法分析边坡的稳定性。平面滑坡的稳定性计算1平面滑坡是指边坡上的岩体沿某一倾斜面的滑动。发生平面滑坡的条件是：•滑面走向与边坡走向平行或近于平行(相差20左右)•滑面倾角小于边坡角，且滑动面在坡面上有出露•滑面倾角大于滑动面的等效摩擦角•滑面两侧有裂面，侧向阻力可以忽略___________________平面滑坡的稳定性计算2平面滑坡稳定性计算有以下几种情况：•边坡内有确定的滑面但没有竖直张裂逢•边坡内有确定的滑面及竖直张裂逢•边坡内没有确定的滑面，滑面需经分析求得•边坡内没有确定位置的竖直张裂逢_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________圆弧面滑坡的稳定性计算圆弧面滑坡通常出现在均质岩土边坡中，其稳定系数的定义是：求出Fs的关键问题是确定抗滑力矩和滑动力矩。确定抗滑力矩和滑动力矩的方法很多，这里只介绍两种常用的方法——Fellenius条分法和Bishop法。____________________________________________________Fellenius条分法和Bishop法在求稳定系数时都需要试算滑动面，有没有不需要试算的方法确定滑面？俄国人费先科提出的作图法可以一次求出滑动面。________________sF抗滑力矩滑力矩动圆弧面滑坡的稳定性计算在进行稳定性计算时，通常将滑体分为若干条块(可以用竖直界面划分，也可以用倾斜界面划分)。双折滑面任意曲面________________________________________曲折滑面滑坡的稳定性计算边坡岩体被纵横交错的地质断裂面切割，由这些断裂面形成的滑面，往往不是平面或圆弧等规则形状的，而是具某一曲折形状。楔形体滑坡的稳定性计算1发生楔体滑坡的条件：两组结构面与边坡面斜交，结构面的组合交线倾向与边坡倾向相同、倾角小于边坡角，组合交线的边坡面上有出露。DABCabαψβξDCABξ/2ψ、β、ξ可以用赤平极射投影获得__________________________________βξ2ξ2NP1P2J1J2S楔形体滑坡的稳定性计算2ψDCABWNSNNNabsincosSWNWNNNab180-(β+ξ/2)β-ξ/2联立求解得：cossincossin22,sinsinabWWNN根据力的平衡条件：sin(/2)sin(/2)0cos(/2)cos(/2)cosababNNNNW楔形体滑坡的稳定性计算3sintantansin2sF如果结构面a、b的面积分别为Sa和Sb，内聚力和内摩擦角分别为Ca、Cb、φa、b，则楔体的抗滑力为tantanaabbaabbCSCSNN抗滑力楔体的稳定系数Fs：tantansinaabbaabbsCSCSNNFW抗滑力=下滑力如果Ca=Cb=0，φa=b=，则()tansinabsNNFW=将Na、Nb的表达式代入可得楔形体滑坡的稳定性计算4如果考虑竖直张裂面、地下水以及锚固力，则楔体的稳定系数可表示为()tan()tansincosaabbaaaaabbbbbsscScSNUVTNUVTFWVT=DABCabcE.Hoek等人提出了一种确定楔体稳定系数的方法——E.Hoek图解法。____________________________楔形体滑坡的E.Hoek图解法E.Hoek法是将边坡面、坡顶面和两个结构面绘制在赤平极射投影图上，4个圆弧有5个交点，分别代表了5条线，各线之间的夹角可在图中测出。水压分布H/2H54213B面A面1A面B面坡面坡顶面A面极点B面极点2345θ2,na1,nbθna,nbθθ45θ24θ13θ35楔形体滑坡的E.Hoek图解法根据测得的角度，求出楔体的几何形状参数：1324452,351,,,225,5,sinsin,,sincossincoscoscoscoscoscoscos,.sinsinsinsinnanbabnanbbananbnanbnanbXYAB==楔体的稳定系数为：3()()tan()tan.22wwsababFCXCYAXBYH如果Ca=Cb=C、φa=φb=φ，又没有水的情况下：3()()tan.sCFXYABH球投影法分析边坡的稳定性用赤平极射投影定量地分析边坡的稳定性的方法称为球投影法。•基本知识摩擦锥摩擦圆广义摩擦锥裂隙组的摩擦圆•平面滑坡分析•折面滑坡分析•楔体滑坡分析__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________崩落及屈曲滑坡的计算崩落主要出现在坚硬岩石陡边坡中。当岩体被几组结构面切割成陡立柱状、板状、棱块状体之后，在一定条件下，会发生转动或转动兼滑动。这种岩体破坏一般速度快、能量大，统称为崩落。柱状岩体的转动常称为倾倒。站立在斜坡上的柱体不发生转动的极限平衡条件是该柱体的重力W的作用线不超过柱体的底缘即：ψWcosψWsinWψbhsintancosWbWh斜面上的块体滑动和倾倒的条件可以用左图表示。同样产状的两组裂隙，由于切割出来的宽高比不同，一个边坡有崩落的危险，另一个可能是安全的。影响崩落的因素，除了裂隙密度外，还有岩柱基底的强度、坡脚断裂面上的摩擦强度、岩柱间的连接强弱以及震动效应等。崩落的规模不大，但其危害很大（由于其突然性），要注意监测和预防。屈曲变形破坏仅发生在层理或片理发育的岩体中。屈曲变形的影响因素除了岩柱的长度外，还有裂隙的发育程度、断裂面起伏程度、层间连接强弱以及震动效应等。DEM主要用于模拟岩石块体的渐进运动过程。假定块体为一个不变形的刚体，各刚体之间采用弹簧连接，弹簧的刚度由一个假定的表面变形系数来决定。这样接触力就以块体间相互嵌入的深度为变形乘以刚度系数得出，从而描述整个刚体系统的运动。近年来DEM在岩石力学中得到了广泛的应用。DEM允许离散块体有有限的位移和旋转，并包括子块体完全脱离母体的运动，在计算过程中可以自动识别块体之间的新的接触关系。DEM能够较为准确地预测、模拟块体的运动特征，但它没有考虑应力和应变，因而使用上有很大的局限性。BEM以定义在边界上的边界积分方程为控制方程，通过对边界分元插值离散，化为代数方程组求解。边界的离散比区域的离散方便得多，可用较简单的单元准确地模拟边界形状，最终得到阶数较低的线性代数方程组。由于它利用微分算子的解析的基本解作为边界积分方程的核函数，而具有解析与数值相结合的特点，通常具有较高的精度；由于BEM所利用的微分算子基本解能自动满足无限远处的条件，因而BEM特别便于处理无限域以及半无限域问题；BEM不适用于解决非均匀介质的问题。数值分析法简介数值分析法包括：有限单元法(FEM—FiniteElementMethod)、边界单元法(BEM—BoundaryElementMethod)