殷宗泽教授-土坡稳定分析中的几个问题slope

土坡稳定分析中的几个问题殷宗泽（河海大学）1.关于孔隙水压力瑞典条分法总应力法iibiibhWcoscos＝iiiiisWclWFsintancosdccd用总应力强度指标，容重为bhibWNiiiiiiiisWlcluWFsintancosiiwiiwiibiiiibhbhbhluWcos1coscoscos＝iibiiiibhluWcoscos＝土重看成饱和重，再减去滑面上的水压力；土重看成浮重，不减水压力有效应力法用有效应力强度指标理应可超静孔隙水压力，也可总水压力，只要重量配套hibWNiiblcos1＝后者对。瑞典法，u必须是指超静孔隙水压力；不能看作总水压力，用饱和重。这是瑞典法存在问题。简化毕肖普公式iiiisWcbbuWmFsintan1hbhbubWwm0hbubWb饱和重，减水压力浮重，不减水压力毕肖普法：可以将孔压理解为超静水压力，也可以理解为总水压力，只要重力计算与之配套，都能得出正确的滑面有效法向应力。sFmsintancos有渗流时瑞典法，孔压理解为超静孔隙水压力下水位作为静水位iwiwiibiwiwiibiiiibhhbhbhhbhluWcos1coscos1coscos＝上水位作为静水位等势线hwhiBCDAh1h2iwwibmiiiibhhbhhluWcos1coscos221＝瑞典法，以静水位来定超静水压力存在两个问题：①有上下两个水位，解不唯一；②对稳定渗流情况仍存在超静水压力，与用固结排水剪强度不一致。sintancos1cossintancos221hbclabhhbhhWlcluWFmwwbmiiiiiiis总应力法iiiiisWclWFsintancos建议：有渗流情况，超静水压力理解为超稳定水压力“静”，－－流动状态下的静。稳定渗流的浸润线与静水面等同，固结完成，超静水压力为0。总应力＝有效应力用固结排水剪强度指标。安全系数公式中，滑面法向应力要用固结应力，土条重为有效重bhbhiwwiimiibhbhWcoscoscos＝等势线hwhiBCDAh1h2iiiiisWclWFsintancosiimiiwwimsbhclbhhFsintancoswwmhhwhh2.渗流对土坡的稳定的影响影响：（1）能引起滑动力（矩）（2）会影响抗滑力（矩）两类分析方法：（1）渗透力法－－取土骨架为脱离体，土重取浮容重（2）边界水压力法－－取土骨架和水的共同体为脱离体，土重取饱和容重，考虑滑动体边界上的水压力。Ww0Ww2ORahh2hhw等势线31JRaJbhhhclbhhhFbbbbssintancos321321渗透力法sintancos1cos3213321bhhhclbhhbhhhFbmwwbms边界水压力法JabhRw＝sin2sinsintancos1coscos232132321bhbhhhclbhhbhbhhhFwbb坡外水位以上水重引起力矩＝渗透力对圆心的力矩忽略渗透力对抗滑力影响sintancos321321bhhhclbhhhFbmbbssintancos321321bhhhclbhhhhFbmwwmms替代容重法超稳定水压力的概念1h2hwh3h实际水压力为，土条的有效重为wwhubhhhhub321W超静水压力=0。在作用下已稳定3.拟静力法的存在问题RMVWclQubVWFcs/sintansincos1cos瑞典法（1）水平地震力对抗滑力矩的影响BiQAQ是体积力，会影响滑面法向力它作用在土条形心不能向下移置于该土条的底面只能沿着水平线作用到滑面上安全系数偏大。ABBARMVWcbubVWmFcs/sintan1简化毕肖普sintan1WcbubXWmFs毕肖普Ei+1Xi+1EiXiWTN水平地震力Q会影响ΔX影响T和N不可令ΔX＝0ΔXΔEWTN（2）坡外动水压力的影响Ww0Ww2ORahh2hhw等势线31J水平地震力Q与土条重成正比，坡外水位以下用饱和重还是浮重？浮重？孔隙中的水是被土骨架带着一起振动的，当然也受地震力。饱和重？水库中有水与没有水，地震反应一个样。仍然有待研究非线性Fs＝1.654线性Fs＝1.413非线性Fs＝2.013线性Fs＝1.655虎跳峡h＝265m坡外水位以下饱和容重坡外水位以下浮容重规范容许值拟静力安全系数1.141.301.20（3）地基中的水平地震力的影响摩擦角较小时滑弧取得愈深，滑动力矩愈大，安全系数愈小RMVWclQubVWFcs/sintansincos1cosOA0.005.0010.0015.0020.00-5.000.005.00h=3md1:1容重11.0kN/m3，c＝10kPa，04＝序号荷载情况限制值0yAx0x0y圆弧深d安全系数sF1静荷载207.111.34.91.551.9828度地震20-35.010.519.130.21.2638度地震120-12210.011460.41.0148度地震220-20410.020890.40.95只要R24.2m，即滑弧深大于12.1m，弓形体就要滑出地面，而且画的滑弧愈大，滑出的可能性愈大。3/10mkNkPac10Q1209度地震（地震系数0.4）综合影响系数.0250＝RcRcFs17.243340RMVWclQubVWFcs/sintansincos1cos设设4.拟静力法的改进jijiisQVWQclubVWFcossintansintancos1cosNiTiORQjNjORTjA.水平地震力对抗滑力矩影响WiWi-10-50510152005-5土坡高5m，坡比1:1.5，容重11.0kN/m3，c＝20kPa，05＝地震烈度为9度。方法地震惯性力抗滑力矩为安全系数竖向条分15.4kN7.79kN-m1.43水平条分16.16kN17.38kN-m1.3704＝030＝土坡高5m，坡比1:1容重11.0kN/m3c＝10kPa容重11.0kN/m3c＝10kPa，方法地震惯性力抗滑力矩为安全系数竖向条分5.16kN-m1.072水平条分52.12kN-m0.893地震烈度为8度。提出以下可能的改进方法：（1）假定地基弓形体上的地震力不引起危险滑面的改变（2）假定地基弓形体上的地震力对土坡稳定性无影响（3）假定地基土的综合影响系数随土的强度减小而减小B.弓形体上的地震力5.有限元法土坡稳定分析有限元法用于土坡稳定分析的优点：①滑动面上的计算应力比较真实可考虑应力应变的非线性和弹塑性。拟静力条分法，存在不少问题，用有限元法计算滑面应力能合理解决。②将稳定和位移的发展联系起来现场测出位移的发展，可估计安全系数，这对施工中检测和控制边坡的稳定性是十分重要的。③浸水时会发生变形对边坡稳定性影响膨胀土和黄土边坡，滑面上下变形不均就会剪应力。滑面有限元应力分析法有限元土坡稳定分析方法有限元强度折减法圆弧滑面安全系数定义非圆弧滑面动态规划法模式搜索法F=(c+tan)KftLL现状应力水平法直接方法（1）应力水平法fs31311.0sFs1tttctgFnfs应力水平法误差较大现状（2）滑面有限元应力法tcossin2cossin22xyyxnttcossin)()cos(sin22xyxyJ2.J1JcAO.。现状圆弧滑面Bn+1AYi1Riii+1kjSijk...ii+1...动态规划法非圆弧滑面现状直接算出滑面上的应力有限元圆弧滑动法圆弧滑面（殷宗泽，吕擎峰）F=(c+tan)KftLL局部滑动带细化给定圆心坐标(x0,y0)网格剖分有限元计算计算局部最小安全系数搜索全局最小安全系数计算过程Bishop法的最小安全系数为1.85最小安全系数为1.86土层的双曲线模型参数(kN/m3)(º)C(kPa)RfKnGFD2228300.81500.400.350.011.0算例圆弧滑动有限元法毕肖普法上游坡2.312.37下游坡2.232.26长河坝h＝240m算例（4）强度折减法rrfrFcFtttanrrFtanarctanrrFcc令rrrcttan试算，令从1.0开始逐步增大，算得的位移逐步增大，破坏单元逐步增多，乃至最后达到整体失稳。这时的就是真正的安全系数rFrFsF1.0折减系数为1.0折减系数为2.0折减系数为2.5关键－－用什么标准来判别整体失稳（1）最大节点水平位移达到某值（2）作迭代计算时达到不收敛仍然有待研究6.安全系数的定义1（瑞典法）2（毕肖普等）3（局部）45（有限元）6局部安全系数的加权平均（有限元）srsMMFtttcFfstanllcFsttanllcFsttantttcFfstan滑动力矩抗滑力矩力达到平衡所须要的剪应抗剪强度剪应力抗剪强度llllcFs//tant滑面上总剪力滑面上总抗剪力平均剪应力平均抗剪强度tttcFfstan力达到平衡所须要的剪应抗剪强度Ei+1Xi+1EiXiWTNΔXΔEWTN毕肖普定义达到极限平衡安全系数抗剪强度若达到平衡所发挥的强度抗剪强度TNcFsttantan＝sFNTtan＝刚体整体及每一个分体强度发挥程度一致tttcFfstanllllcFs//tantΔXΔEWTN平均意味着各土条强度发挥程度不一致为什么各土条的剪应力正好等于sFcttan谢谢