第八章 土坡稳定性分析与计算

重力Wi 产生的滑动力矩为 M s Wi sin i R 滑动面上抗滑力Ti 产生的抗滑力矩为
O
R
Vi+1
MR
(c l N tan ) T R R
i i i i i
H
i
Wi
Ti
Fs
Ms MR
(c l N tan ) R W sin R
i i i i i i
O i 2 1 -1 -2 0
R b B 3 4 5 6
C
7
计 算 程 序 流 程
计算 mi
Fs Fs
计算
Fs
No
Fs Fs Fs
A
变化圆心 O 和半径 R
Fs 最小
END
3.简化毕肖普法的特点
★假设滑裂面为圆弧； ★假设条块间作用力只有法向力没有切向力 （Vi=0）； ★满足整体力矩平衡条件； ★满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条块的 力矩平衡条件； ★满足滑动面上的极限平衡条件。
i
f 土坡稳定 安全系数
(一) 瑞典条分法的基本原理
1、假设圆弧滑动面 确定圆心和半径
2、把滑动土体分成若干条（条分法） 3、取第i条土条进行受力分析
O
R
Vi+1 Hi hi Vi Wi Hi+1 hi+1
i
Ti Ni
瑞典条分法
静定化条件：假设条块两侧的作用 力合力Si，Si+1 大小相等、方向相 反且作用于同一直线上——不考虑 条块间的作用力。 1）根据径向力的静力平衡条件 得
表层滑动
砂土
概述 表层滑动的边 坡稳定分析
天然休止角

无粘性土

φ=0 饱和粘土 瑞典条分法 毕肖普法 简 布 法
圆弧滑动
整体圆弧滑动法


基于条分法的边 坡稳定分析
巩固与提高1
选择题
1. 无粘性土土坡的稳定性( ) 。 a）与密实度无关 b）与坡高无关 c）与土的内摩擦角无关 d）与坡角无关
下滑力:
T W sin
T
β
N
W
抗滑力 T f N tan
W cos tan
抗滑力 W cosT tan costan tan W tan 安全系数 Fs K f 下滑力 W sin tan T W sin tan
取 K=1得 tan tan β
2.忽略了条间力，它只满足滑动土体整体力矩平衡 条件而不满足条块的静力平衡条件；--主要特点 3.计算得到的安全系数Fs偏小
一般情况下，Fs偏小10%左右,工程应用中偏于安全
8.3.3 毕肖甫（Bishop）法
1. 基本原理
1、假设圆弧滑动面 确定圆心和半径
2、把滑动土体分成若干条（条分法） 3、取第i条土条进行受力分析
O
R
Vi+1 Hi hi Vi Wi Hi+1 hi+1
i
Ti Ni
毕肖普法 假设条块处于静力平衡状态
1）根据竖向力的平衡条件
Ni cosi Wi Vi Ti sin i
F
z
0
Hi Vi Wi
Vi+1 Hi+1
2）根据满足安全系数为Fs的极限平衡条件
ci li N i t ani Ti Fs
粘性土颗粒之间存在粘结力，导致土坡整块下滑趋势。
均质粘性土坡发生滑坡时，其滑动面形状大多数为一近似 于圆弧面的曲面。为了简化，在进行理论分析时通常采用圆弧 面计算。
8.3.1 整体圆弧滑动法
1. 基本原理
a
O C
A B D 假定滑动面为圆柱面，截面为圆 弧，利用土体极限平衡条件下的 受力情况：
W
f c tan 抗滑力矩 f LR K 滑动力矩 Wa L ——滑动圆弧AD的长度
• 普遍条分法（简布法或杨布法，N. Janbu）
特点：假定条块间水平作用力的位置（前提）。 —— 每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件； 滑动土体满足整体力矩平衡条件；适用于任何滑动面 而不必规定滑动面是一个圆弧面。
• 折线滑动法——不平衡推力传递系数法
特点：假定滑动面为折线——适用于岩质边坡或下层 为岩质边坡，上层为粘性土层的边坡。
第八章 土坡的稳定性
本章主要内容:
1 概述 2 无粘性土土坡的稳定分析 3 粘性土土坡的稳定分析
§8.1 概述
具有倾斜临空面的土体——土坡
土质均一，坡度不变，无地下水—简单土坡
坡肩 坡顶
坡 高
坡趾 坡角
• 1．天然土坡
• 江、河、湖、海岸坡
• 1．天然土坡
• 山、岭、丘、岗、天然坡
贵州洪家渡
• 2．人工土坡
Ti
i
Ni
将此式代入第一式并整理后得：
Ti
Wi
1 Ni mi
式中
ci li Wi Vi F sin i s
sin i tgi mi cos i Fs
Ni
ΔVi=Vi+1-Vi ΔHi=Hi+1-Hi
3）考虑整体力矩平衡条件（对圆心力矩）：
u 0,
对饱和粘土，在不排水剪条件下：
即
^
f
cu

cu L R K Wa
2. Fellenius 确定最危险滑动面圆心的方法
对于均质粘性土 土坡，其最危险 滑动面通过坡脚
=0
圆心位置由β1， β2确定(表8-1)
>0
1)圆心位置在EO的延长线上
确定最危险滑动面圆心位置
2)有时不一定在ED的延长线上， 可能在其左右附近
Vi+1 Hi i Si Vi Wi Si+1 Hi+1
i
Ti
Ni Wi cosi
Ni
2）根据滑弧面上满足安全系数Fs 的极 限平衡条件，有
Wi
ci li Ni tani Ti FS Fs T fi
i
Ti Ni
3）考虑整体力矩平衡条件（对圆心力矩）：
重力产生的滑动力矩为
O
β （天然休止角）
为了保证土坡具有 足够的安全储备， 思考：简单无粘性土的边坡稳定性主要取决于 可取K=1.3～1.5 (A) 坡角 (B) 坡高 (C) 坡角和坡高
所以当坡角小于土的内摩擦角时边坡稳定.
有渗流情况下的无粘性土土坡稳定（顺坡渗流） T'
J
T W
N
稳定条件：T>(T＋Ｊ) J wi w sin T ' sin
1 m (Cibi Witgi ) i Fs Wi sin i
简化Bishop公式
其中
sin i tgi mi cos i Fs
2. 毕肖甫法计算步骤
1）初选圆心O，半径R
2）设Fs=1.0，计算 mi、Fs
sin i tgi mi cos i Fs
Fs
(C l W cos tg ) W sin
i i i i i i i
Fs
条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行计 算，求最小的安全系数
（二）瑞典条分法计算步骤
1.初选圆心O和半径R
2.以b=R/10为宽度分条 3.编号：过圆心垂线为0#条中线，右侧为正，编号递增； 左侧为负，编号递减 4.列表计算 li、Wi、i以及安全系数
R
M s Wi sin i R
滑动面上抗滑力产生的抗滑力矩为
Wi
i
MR
(c l W cos tan ) T R R
i i i i i
Ti
Ms MR
(c l W cos tan ) R W sin R
i i i i i i i
Fs
i
Ni
安全系数:
Vi
Hi+1
i
Fs
Ni
代入Ni 值，整理简化后得：
1 m cibi (Wi Vi ) t ani 安全系数: i Fs Wi sin i
1 m ci bi (Wi Vi ) t ani i Fs Wi sin i
设Vi=0 ——忽略条间切向力
¤ 挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
• 2．人工土坡
¤ 填方：堤、坝、路基、堆料
滑坡
土坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另 一部分土体滑动的现象称滑坡。
滑坡的根本原因: 边坡中土体内部某个面上的剪应 力达到了它的抗剪强度。
滑坡
边坡稳定的因素：
1.土体的类型： c、 φ大，土坡安全； 2.边坡的几何形状：坡高越高、坡角越大越不安全； 3.荷载： 4.土体中水的影响： 降雨、蓄水、使岩土软化；水流冲刷使坡脚变陡； 存在渗透力；
砂土的内 摩擦角
N ' cos
安全系数 抗滑力与滑 动力的比值
Tf N tan ' cos tan
' cos tan ' tan K ' T J sin w sin sat tan
Tf
8.3 粘性土土坡的稳定性
2. 无粘性土土坡在自然稳定状态下的极限坡角，称为( ) 。 a）内摩擦角 b）地层倾斜角 c）自然休止角 d）滑动角 3. 在稳定分析中，如果采用 0分析法，这时土的抗剪强度指 标应该采用下列哪种方法测定？( ) 。 a）三轴固结不排水试验 b）直剪试验慢剪 c）现场十字板剪切试验 d）标准贯入试验
5.振动：爆破、地震引起土体抗剪强度减小。
造 成的 土因 坡素 失 稳
外在因素：剪应力的增加 内在因素：土体自身抗剪强度的降低
1996 年发生在美国加州的 La Conchita ， 因居民已提前撤离， 固未造成人员伤亡
城市中的滑坡问题（香港，重庆）
挖 方
填 方
1972年香港宝城大厦因滑坡倒塌
巩固与提高
选择题
4. 瑞典条分法在分析时忽略了( ) 。 a）土条间的作用力 b）土条间的法向作用力 c）土条间的切向作用力
5. 简化毕肖普公式忽略了( ) 。 a）土条间的作用力 c）土条间的切向作用力
b）土条间的法向作用力
巩固与提高
判断题
1. 粘性土坡的稳定性与坡高无关( ) 。
3. 稳定数法
泰勒（Taylor,D.W， 1937）用图表表达影 响因素的相互关系
Ns c h
土坡的稳定性相关因素
抗剪强度指标c 和、 重度、土坡的坡角 和坡高h
土坡的临界高 度或极限高度
稳定因数
根据不同的 绘出 与Ns的关系曲线,如图 8-5
泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题： ①已知坡角及土的指标c、、，求稳定的坡高H； ②已知坡高H及土的指标c、、，求稳定的坡角。
★ 有效应力法——有效强度指标c＇、φ＇ ★ 总应力法——根据计算阶段中孔隙水压力可能发 展的状态，分别采用快剪（不排水剪）或固结快剪 （固结不排水剪）等强度指标 ★ 原则：使试验的模拟条件尽量符合现场土体的实际 受力和排水条件，保证试验指标具有一定的代表性
•容许安全系数
第八章 边坡稳定 小结
小结
江岸滑坡
开挖和填筑引起滑坡
8.2 无粘性土坡的稳定性
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 Tf T
N
W
土坡整 体稳定
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
Tf >T
单元体 稳定
均质无粘性土坡
边坡上土单元自重为
N W cos
W z cos
8.3.2 瑞典条分法
条分法 O
βi
B c d
C
R
对于非均质土坡或比较复杂 的土坡 、 >0的粘性土土坡， 土体分层情况时，要确定滑 动土体的重量及其重心位置 比较困难，而且抗剪强度的 分布不同，一般采用条分法 分析。 滑动土体 分为若干 垂直土条 各土条对滑弧 圆心的抗滑力 矩和滑动力矩
H
A e
1 m (Cibi Witgi ) i Fs Wi sin i
3）若满足 Fs Fs Fs 则进行步骤5 4）若不满足，令 Fs Fs ,重复步骤2 5）变化圆心O和半径R，返回1重复步骤1～4
6）算至Fs最小结束
迭代法
圆心 O，半径 R 设 Fs=1.0
Fs
(C l W cos tg ) W sin
i i i i i i i
5.变化圆心O和半径R，返回1重复步骤1～4
6.算至 Fs 最小结束。
讨论：
1.土坡中有孔隙水压力作用时： 2.土成层时： 3. 土坡坡顶或坡面有超载作用时：
（三） 瑞典条分法的讨论
1.假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别;
各种方法的比较
方法 滑裂面形状 整体圆弧法 圆弧 瑞典条分法 圆弧 毕肖普法 圆弧
假设
计算条件 误差分析
刚性滑动体，滑动面上 忽略条间力 考虑条间力 极限平衡 Xi=0（简布）
软粘土不排水 一般均质土 Fs偏小10％ ~20% 一般均质土 Xi=0，误差 2%~7%
• 土体抗剪强度指标的选用