高等土力学-土坡稳定分析-6课时

2008年5月12日汶川地震引发的滑坡
Oso 滑坡泥石流 Landslide, Washington March 22, 2014 46 dead
2015.11.13 浙江丽水发生山体滑坡 近20幢房屋被埋
2015年12月20日11时40分，广东省深圳市光明新区凤凰社区恒泰裕工业园发生 山体滑坡。
在极限平衡法计算中，通常假设的滑裂面形状包括：
• 圆弧滑裂面 • 复式滑裂面 • 自定义的滑裂面
极限平衡法的基本假定
土体的破坏准则为Mohr-Coulomb准则(c’’)。 土强度的粘聚力和摩擦力的安全系数相等。
c ' +( n u) tan '
Fs
所有土条的安全系数相等。
安全系数的定义
对单个土条，
陈祖煜. 土质边坡稳定分析—原理、方法、程序. 中国水利水电出版社. 2003
滑坡
滑坡是一种重要的地质灾害，给人类生命财产安全带来 巨大威胁。 全球广泛分布：中国西南\华南地区、东南亚、南亚、南 美、北美、欧洲等。
http://earthobservatory.nasa.gov
世界重大滑坡灾害
1920年12月16日20时05分，海原发生了8.5级地震，这场地震持续 了十几分钟，震动了大半个中国，远隔震中数百公里的兰州、西安 都有房屋倒塌和人员伤亡，北京、广州、香港则有明显震感，甚至 越南观测台都出现‘时钟停摆’现象，全球有96个地震台记录了这 场地震，而地震产生的震荡波绕着地球转了两圈，在兰州白塔山公 园的纪念碑上就称其为‘环球大震’。这场地震造成了23万余人死 亡。
1997年实现大江截流，为“一期蓄水”，水位从坝前水位65米升至90米；2003年6月后蓄水到坝前135米水位， 称为“二期蓄水”；2006年9月后蓄水到156米水位，是为“三期蓄水”；2009年9月后，蓄水将到最高175米， 为“四期蓄水”。当蓄水至175米高程时，库区水位最高将比蓄水前提升100多米。此外，库区从此每年都要经 历自175米降至145米、再升至175米的“放水—蓄水”循环。
2010甘肃舟曲县特大泥石流
2010年8月7日22时许，甘南藏族自治州舟曲县突降强降雨，县城北面的罗家峪、三 眼峪泥石流下泄，由北向南冲向县城，造成沿河房屋被冲毁，泥石流阻断白龙江、 形成堰塞湖。截至21日，舟曲“8·8”特大泥石流灾害中遇难1434人，失踪331人 5公里长500米宽夷为平地。
【特殊地质】舟曲县城附近的地质构造岩 性松软、风化程度也很厉害，比较容易发 生滑坡、崩塌和泥石流灾害。 【汶川地震】舟曲县是汶川地震的重灾区 之一，地震导致舟曲县城周边山体松动、 岩层破碎。 【强降雨】7日晚舟曲县城东北部山区突 降特大暴雨，持续40多分钟，降雨量达 到90多毫米，形成了泥石流，直接造成 特大山洪地质灾害发生。
Fs
(c W W
cos sin
tan )
此为总应力法表达式，也可用有效应力法 和相应的强度参数计算
瑞典条分法
方程（已知） 整体力矩平衡 垂直土条底面方向力平衡
已知数合计
土条数-n
数量 1 n
n+1
未知数
土条底面法向力N 土条底面切向力Sm 法向条间力E 切向条间力X 法向条间力作用点 底面法向力作用点 安全系数Fs 未知数合计
9间房屋损毁 人员及时疏散，无 人伤亡。
Photographs by R.L. Schuster, U.S. Geological Survey
http://www.planning.org/landslides/docs/WhatAre.html
The 10 January 2005 remobilization of part of the 1995 landslide
斜坡岩土体运动特征分类
岩石
碎屑（堆积/崩积物）
土
崩塌 倾倒
Varnes (1978)
Rock fall
Rock topple
斜坡岩土体运动特征分类
滑坡 旋转滑动
岩石
碎屑（堆积/崩积物） 土
平移滑动
极限平衡法适用
侧向 扩展
流动
复合类
斜坡岩土体运动特征分类
鼓张裂缝
滑坡的要素和术语
次滑后壁
滑坡圈椅 主滑后壁
滑坡覆盖面积约38万平方米，造成33栋建筑物被掩埋或不同程度受损，截至12月 21日6时，造成的失联人员总数已经上升至91人
边坡稳定分析的极限平衡方法
极限平衡法基本原则
1. 滑裂面形状是假定的 2. 最危险滑裂面由试算得到 3. 滑动体为刚性体 4. 土体仅沿滑裂面达到塑性
滑裂面的形状
如何假设滑裂面？ 滑裂面形状取决于：
10 persons were killed.
9.1 概 述
2．人工土坡
• 挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
9.1 概 述
2．人工土坡
小浪底土石坝
¤填方：堤、坝、路基、堆料
路基填方坡
边坡锚索地梁加固
基坑放坡开挖
垃圾填埋场
广州李坑生活垃圾填埋场
2011年8月28日，在菲律宾首都马尼拉，一座垃圾填埋场因强台风“南玛都” 带来的暴雨发生垮塌，导致大量垃圾流出，一些房屋被冲毁。27日，“南 玛都”在菲律宾北部登陆。
-
总应力法
底面抗滑阻力
Sm
源自文库
Fs
c
n
tan
x O
R
b
R
W
+
-
Sm
N
整体对圆心力矩平衡
Mo 0
Wx SmR
整体 M o 0
WR sin [ (c n tan) / Fs ]R
Fs
(c N tan) W sin
土条底面法向 F 0
N W cos
注意：为什么不沿竖直 方向求平衡（同简化 Bishop法）？ 因为该 法不满足竖直方向力平 衡。
三峡二期蓄水后，2003年前11个月整个库区的崩塌和滑坡体就达到了4688 处。与2001年全年的2490处相比，短短两年的时间几乎翻了一番
2. 地震
210-280 km/hr 死亡人数2万人
1970 earthquake-induced rock and snow avalanche on Mount Huascaran, Peru
扇状裂缝
滑坡前缘
Varnes (1978)
滑坡体
剪出口
滑动面
1. 水
滑坡的触发因素
1972 Po Shan Road, Hong Kong 4万方 滑动距离270米 67人死亡
Date taken: 20 June 1972
u0
u1
Pore-water pressure New infiltration zone
h
Transition zone
Groundwater table
2003年湖北秭归县千将坪特大滑坡
三峡库区2003年6月1日蓄水至135米。二期蓄水一个月后，青干河的水面几乎比以前宽了一倍。 村民在山上、地里甚至房子周围，很快也都发现了地面开裂的现象。 7月13日凌晨，千将坪大规 模滑坡发生，大约3000万立方米体积的土石倾泻而下，导致24人丧生。直接经济损失超过了8000 万元，1300多人被迫搬迁。
1. 土的类型 2.坡度 3. 地质条件
1. 土的类型 (a) 砂土
假设为摩擦材料 =n tan
砂土坡的滑裂面接近坡面， 滑动与否取决于坡度与摩擦角的关系
(b) 粘土
假设 c or Su
滑裂面近似为圆弧 粘聚力越大，滑裂面越深
按朗肯理论，粘性土侧 壁允许自立高度HC按下 式验算： HC=2c/γ[tan（45+φ/2）]
滑坡 崩塌 泥石流
除上海、天津外的其余29个省（自治区、直辖市）均发生过不同数量的 地质灾害，主要发生在湖南省、重庆市、四川省、贵州省、云南省和湖 北省等。
造成349人死亡、51人失踪、218人受伤，直接经济 损失54.1亿元。
全年中央投入特大型地质灾害防治专项资金50亿元，成功预报地质灾 害417起，避免人员伤亡33723人，避免直接经济损失18.1亿元。
高等土力学
土坡稳定分析计算
参考资料
Large landslides in Hong Kong http://www.hku.hk/earthsci/tools/landslide/index.html
U.S. Geological Survey http://landslides.usgs.gov/
2. 坡度
对粘土（只有 粘聚力）而言
>53
Toe failure
<53
Deep-seated failure
3. 地质条件
粉质粘土
c’ = 5 kPa, ’ = 23
粘土 c’ = 1 kPa, ’ = 10 硬页岩 c’ = 48 kPa, ’ = 40
复合滑裂面
地质条件与滑裂面形状关系 （Abramson et al. 1996）
滑裂面 浅层平移(指滑面深度/滑
坡长度很小）
单一滑面
地质条件 1.非粘性土 2. 残积土、崩积土坡且基岩面浅 3. 裂隙硬粘土、表层强风化海洋页岩 1. 有倾斜节理裂隙面岩石边坡 2. 硬质粘性土陡坡
多个滑面 圆弧滑面
1. 分层风化沉积岩 2. 分层土 3. 粘土页岩、裂隙硬粘土 4. 崩积层上堆填土 1.厚残积土、崩积土坡 2.海底软粘土或页岩 3. 软至中等硬度粘性土
需要增加(n-2)个假设条件，
常见的边坡极限平衡法的差别主要集中在这些增加的假 设条件。 但增加了假设条件有时会使已知数多于未知数，所以有 时会只考虑一部分平衡条件
R b
W
1. 瑞典条分法
Ordinary/Fellenius Method
O
假定：
R
1. 滑裂面假设为圆弧
2. 条间合力为0
+
Sm N
什么是滑坡？为什么会滑坡？ 一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动
导致土坡滑动失稳的原因有以下两种： ①外界荷载作用或土坡环境变化等导致土体内部剪应力加大 例如路堑的开挖工中上部填土荷重渗透力，坡顶荷载过动力荷载等 ； ②由于外界各种因素影响导致土体抗剪强度降低，促使土坡失稳破坏 例如孔隙水压力的升高，气候变化产生的干裂、冻融，黏土夹层因雨水 等侵入而软化以及黏性土蠕变导致的土体强度降低等。
数量
n 0 0 0 0 0 1 n+1
2. 简化毕肖普法
Bishop’s Simplified Method
R b
O R
EL
W
+
ER
-
Sm
N
假定： 1. 条间切向力=0 2. 圆弧滑裂面
有效应力方法
Sm
Fs
c '
( n
u) tan
'
x O
R
b
R
整体力矩平衡
Mo 0
EL
W
+
ER
Sm
N
WR sin R c ' ( n -u) tan ' / Fs
-
Fs
(c '
(N
W
u sin
)
tan
')
土条
Fv 0
N cos W Sm sin 0
Sm c ' (N u ) tan '/ Fs
N (cos sin tan ') W c ' sin u tan 'sin
Fs
Fs
Fs
即
W c ' sin u tan 'sin
数量 n n n 3n
未知数
数量
土条底面法向力N 土条底面切向力Sm
法向条间力E 切向条间力X 法向条间力作用点 底面法向力作用点 安全系数Fs 未知数合计
n 0 （MohrCoulomb 破坏准 则） n-1 n-1 n-1
0 （假设中点）
1
4n-2
是超静定问题，需要增加(n-2)个假设条件。
(4n-2)-3n=n-2 故为不定解问题
从60年前发展林业砍伐树木， 2001年的开发水利、近一两年挖掘金矿。舟曲县2001 年开始靠建水电站生财，短短10年间便审批了大小水电站55座，几乎每隔10公里河道 就有一个水电站，
1995 landslide in La Conchita, California near Santa Barbara
Sm
Fs
c '
( n
u) tan
'
式中, Sm = 抗滑力 = 土条底部长度
b cos
b
+
-
Sm
受力分析图
力矩中心
取土条（浸水土体）为研究对象 W=水下饱和重+水上自重 条底总作用力N=条底有效作用力 N’+条底水压力U
方程（独立） 力矩平衡 竖直方向力平衡 水平方向力平衡 已知数合计
土条数-n
这场地震改变了海原乃至周边地区的地貌。在海原、靖远、会宁、 静宁、隆德造成数十平方公里的山体滑坡，形成许多堰塞湖，并在 地下造成一个断裂带。据1949年以后调查，这个地震断裂带从海原 县李俊堡开始向西北发展，经肖家湾、西安州和干盐池至景泰，全 长200公里。”
国土资源部-地质环境公报
2014年，全国共发生各类地质灾害10907起，其中滑坡 8128起、崩塌1872起、泥石流543起、地面塌陷302起、 地裂缝51起、地面沉降11起。