边坡岩体稳定性分析-专题六(3)

专题六斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分析（3）本专题内容研究意义边坡的应力分布特征边坡的变形与破坏边坡变形破坏的基本特征崩塌与滑坡边坡变形与破坏的平面问题边坡变形与破坏的空间问题边坡工程8边坡变形与破坏的平面问题8.1土坡稳定性分析8.2边坡岩体稳定性分析的步骤8.3岩质边坡稳定性分析8.1土坡稳定性分析8.1.1无粘性土的土坡稳定8.1.2粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法8.1.3瑞典条分法8.1.4毕肖普法8.1.5非圆弧滑动面土坡稳定分析8.1.6讨论8.1.1无粘性土的土坡稳定一、一般情况下的无粘性土土坡稳定tgtgWtgWTTFfssincos1:1:ssFFWNTNTsinWT下滑力单元体下土体提供的支撑力cosWNNsinWTT单元体下土体提供的抗滑力cosWN单元体对其下土体的压力tgWNtgTfcos单元体下土体可提供的最大抗滑力二、有渗流情况下的无粘性土土坡稳定JWJTsin下滑力单元体下土体提供的支撑力cosWNNsinWTT单元体下土体提供的抗滑力cosWN单元体对其下土体的压力tgWNtgTfcos单元体下土体可提供的最大抗滑力WNTNTJsini顺坡出流sinwwiJtgtgtgJWtgWJTTFsatwfssinsincossincos8.1.2粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法一、整体圆弧滑动稳定分析稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力之比。即sfF对均质粘性土土坡，稳定安全系数也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩与滑动力矩之比。即fsLRFLRWdRFLsf对o点力矩平衡：安全系数：WdRLFfsWdRLcFus对饱和粘土，在不排水条件下：安全系数：WdRCAFfs'粘性土坡，竖向裂缝，滑弧变短。uacKcz220最危险滑弧的寻找1、确定可能的圆心范围；2、对每个圆心，选择不同滑弧半径，计算各滑弧安全系数；3、比较所有安全系数，选最小值。LHBA14LCD54LOR二、条分法及其受力分析极限平衡分析的条分法：土体为不变形刚体，滑面为连续面。n-1n3i21biWiZiEiZi+1Ei+1XiXi+1bi未知量分析：iiTNn和个独立的未知量2122iiEZnn和个未知量1iXn个未知量1sF个未知量42n共计：个未知量iNiT三、常用条分法的简化假设瑞典条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即Ei=Xi=0，减少3n-3个未知数。简化毕肖普条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条间力，即Xi=0，减少n-1个未知数。杨布条分法：假设滑动面为任意面，条间法向作用力的作用点在滑面以上1/3土条高度处，减少n-1个未知数。其他条分法：假设滑动面为任意面，法向条间力和切向条间力之间为某种函数关系，减少n-1个未知数。如不平衡推力法、摩根斯袒—普赖斯法等。8.1.3瑞典条分法一、基本假定和基本公式基本假定：滑动面为连续的圆弧面，滑动体和滑动面以下土体为不变形的刚体，不考虑条间力。第i土条上的力和未知数：1、重力：Wi=ribihi；2、底面反力：Ni和Ti：hifiiiiiiissclNtgTlFFRlFRWisfiiisiniiiiiiisWWlcFsin)tancos(底面法向静力平衡:cosiiiNWihii底面切向静力平衡:siniiiTW能提供的最大抗滑力:fiiiiTclNtg安全系数的定义:fisiTFTsiniiiWRTR所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡:iiiiiiisWWlcFsin)tancos(iiul''costansiniiiiiiisiiclWubFW二、成层土和坡顶有超载时)(2211mimiiiiiiihhhbWimimiiiiiimimiiiiiiiishhhbtghhhblcFsin]cos)([22112211成层土坡顶有超载时iiiiiiiiisqbWtgqbWlcFsin)(]cos)([三、有地下水和稳定渗流时iiiiiiiiiiiiiiishhbhhblcFsin)(]tancos)([2121•土坡部分浸水：土条底面孔隙水应力已知时，可用有效应力法进行计算：1、流网法土坡中有稳定渗流：iiwiaiJiiiwiidaidJRTdJRWiiiiisinRdJhhbhhblcFiiiiiiiiiiiiiiiiis/sin)(]tancos)([21212、代替法土坡中有稳定渗流：代替法：用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心的滑动力矩的方法。iiiwiiiiiiiiiiiiiiiiiiisbhbhhhtghhhblcFsinsin]cos)([2321321iiiiisatiiiiiiiiiiiiisbhhhtgbhhhlcFsin]cos[3213212、代替法土坡中有稳定渗流：条分法计算步骤圆心O，半径R分条编号列表计算Wibii变化圆心O和半径RsiF计算Fs最小ENDNiiWTiAORCaibBni3218.1.4毕肖普法有效应力分析作用力有：土条自重；作用于土条底面的切向抗剪力、有效法向反力、孔隙水压力；在土条两侧分别作用有法向力和及切向力。1()iiiiisTclNtgFsincos0iiiiiiiiWXTNub''11(sin)iiiiiiiiisNWXubclmF'cossiniiiistgmFsin0iiiWRTRiiiiiiiiiisWtgXbuWbcmFsin][1iiiiiiiiisWtgbuWbcmFsin][1总应力分析1[]siniiiiiisiicbWXtgmFW1[]siniiiiisiicbWtgmFWcossiniiiistgmF毕肖普法计算步骤圆心O，半径R设Fs=1.0计算miEND计算sFsssFFFYESssFFNo分条并计算Wi、bi、i1[]siniiiiisiicbWtgmFW注意事项：(1)对于为i负值的那些土条，要注意会不会使mi趋近于零。如果是这样，简化毕肖普条分法就不能使用，因为此时，Ni会趋于无限大，这显然是不合理的。当任一土条的mi小于或等于0.2时，计算就会产生较大的误差，此时最好采用别的方法。(2)当坡顶土条的很大i时，会使该土条出现Ni0，此时可取它的Ni=0计算.'cossiniiiistgmF''11(sin)iiiiiiiiisNWXubclmF8.1.5非圆弧滑动面土坡稳定分析一、杨布普遍条分法（一）基本假设和受力分析WihtiEihti+1Ei+1XiXi+1biiNiTti假定条块间水平作用力的位置假定条间力的作用点在土条底面以上1/3高度处。（二）计算公式竖直方向：seciiiiiiNWXTtg水平方向：sinseciiiiiENT力矩平衡：iiititiiEXEtghb边界条件：0sec0iiiiiiEWXtgT安全系数定义和破坏准则：seciiiiiiscbNtgTFWihtiEihti+1Ei+1XiXi+1biiNiTi11iiiiiisiTcbWXtgFmsincosiiiistgmF1cosiiiiiiisiiicbWXtgmFWXtg一、杨布普遍条分法杨布法计算步骤假设Xi=0，同毕肖普法计算Fs计算Ei，Ei计算Xi，XiEND计算sFsssFFFYESssFFNoiT计算11iiiiiisiTcbWXtgFmsinseciiiiiiEWXTiiititiiEXEtghb1cosiiiiiiisiiicbWXtgmFWXtg二、不平衡推力法（一）基本假设和受力分析假设条间力的合力与上一土条底面平行。1iPiP1iiiWiNiT二、不平衡推力法（二）计算公式土条底面法向力的平衡：11cossin0iiiiiiNWP1iPiP1iPiP1ii1iiiWiNiTiWiNiT土条底面切向力的平衡：11sincos0iiiiiiiTPWP安全系数定义及摩尔—库仑破坏准则：iiiiisclNtgTF二、不平衡推力法（二）计算公式1sincosisiiiiiiiiiPFWclWtgP11cossiniiiiiitg8.1.6讨论一、填方与挖方土坡底稳定性分析填方一、填方与挖方土坡底稳定性分析挖方二、强度指标的选用几种分析计算方法的总结方法整体圆弧滑动瑞典法毕肖普法杨布法不平衡推力传递法滑动面形状圆弧圆弧圆弧任意任意假设刚性滑动体滑动面上极限平衡忽略条间力考虑条间力（简化毕肖普法Xi=0）条间力作用点已知条间力作用方向已知适用条件饱和软粘土不排水u＝0一般均质土一般均质土任意土任意土精度Fs偏小10%～20％误差2％～7％比较难确定平衡条件整体力矩╳各条垂直力╳各条水平力╳╳9边坡岩体稳定性分析的步骤定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。评价方法数学力学分析法模型模拟试验法工程类比法图解法块体极限平衡法弹性力学、弹塑性力学法有限元法等数值方法块体极限平衡法假设条件(1)边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切破坏；(2)滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚体；(3)滑动面上的应力分布均匀；(4)不考虑滑体两侧的抗滑力。稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力/滑动力1稳定≦1不稳定在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，为保险起见，引入安全系数的概念。块体极限平衡法步骤可能滑动岩体几何边界条件的分析受力条件分析确定计算参数计算稳定性系数确定安全系数，进行稳定性评价一、几何边界条件分析几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面三种。滑动面是指起滑动(即失稳岩体沿其滑动)作用的面，包括潜在破坏面。切割面是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面滑动的侧向切割面。临空面指临空的自由面，它的存在为滑动岩体提供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。几何边界条件分析的内容是查清岩体中的各类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割面。几何边界条件分析的目的是确定边坡中可能滑动岩体的位置、规模及形态，定性地判断边坡岩体的破坏类型及主滑方向。几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体比例投影等图解法或三角几何分析法进行。一、几何边界条件分析二、受力条件分析在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称为受力条件。边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压力、动水压力、建筑物作用力及震动力等等。1.地震作用