第十章土坡稳定性分析

第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
二、无粘性土土坡的稳定分析
破坏形式：表面浅层滑坡 强度参数：内摩擦角 考察一无限长坡，坡角为 分析一微单元A
A
WN

T
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
注：（其中 n n l 是未知函数）
当=0（粘土不排水强度）时，c cu MR cAcR
(3) 安全系数：
Fs

抗滑力矩 滑动力矩

MR Ms

Cu AcR Wd
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
瑞典圆弧法-讨论
1. 当0时，n是l(x,y)的函数，无法得到Fs的理论解
土坡稳定性分析目的
1.验算土坡的断面是否稳定合理； 过陡可能发生滑坡 过缓则使土方量增加
2.根据土坡预定的高度、土的性 质等已知条件，设计合理的土 坡断面。
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具有倾斜面的土体
坡 高
坡趾
坡肩 坡顶 坡角
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由于地质作用而自然形成 的土坡
在天然土体中开挖或填筑而 成的土坡
天然土坡
人工土坡 坡顶
山坡、江河岸 坡
路基、堤坝
坡底
坡脚
坡角
坡高
土坡稳定分析问题
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天然土坡
江、河、湖、海岸坡
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
暴雨与地震引发泥石流-菲律宾
2006年2月17日菲律宾中东部莱特省因连日暴雨和南部地区里氏2.6级轻微地震， 爆发泥石流致近3000人遇难
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云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡－开挖
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
滑坡后缘高程5520m
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes 城市中的滑坡问题（香港，重庆）
挖 方
填 方
香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港岛1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(67 死、20 伤)
漫湾滑坡
1989年1月8日 坡高103m。地质：流纹岩中有强风化的密集节理，包括一个小 型不连续面。事故导致电站厂房比计划推迟一年，修复时安装了大量预应力锚索
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坝体内浸润线太高
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天然土坡
山、岭、丘、岗、天然坡
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人工土坡
挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
人工土坡
填方：堤、坝、路基、堆料
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(3) 抗滑力： R Ntg V costg
(4) 安全系数：
Fs

R T ' J

'cos sat sin
tg

' sat
tg tg
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讨论
Fs ' tan sat tan
无渗流的无限长土坡
微单元A自重: W=V
W R
沿坡滑动力：
T W sin
对坡面压力：
N W cos
(由于无限土坡两侧作用力抵消)

抗滑力：
R Ntg W costg
N A WN
T
抗滑安全系数：
Fs

抗滑力 滑动力

R T

W W
cos sin
tg

tg tg
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条分法的基本原理及分析
1．原理
l
整体圆弧法 ：
0 ntg de
n是l (x,y)的函数
O
R
注:无法求理论解，是 一个边
C
值问题，应通过数值计算解 决。一个简化解决方法是将 滑动土体分成条—条分法。 实际是一种离散化计算方法
A
s
b
B 67
45 -2 -1 0 1 2 3
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J
•

0.5
sat
与无渗流比较Fs减小近一倍
注：意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏
W R
N
• 与容重有关 • 与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同
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3 粘性土坡的稳定分析
强度参数：粘聚力C，内摩擦角 破坏形式：危险滑裂面位置在土坡深处，对于均匀土坡，在平面应变条 件下，其滑动面可用一圆弧（圆柱面）近似。
江岸崩塌滑坡－渗流
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三峡库区滑坡问题－蓄水造成的滑坡
2001年，重庆市云阳县发生两次大型滑坡，其中武隆边坡失稳造成79人死亡。国 务院拨款40亿元用于三峡库区地质灾害治理
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西藏易贡巨型滑坡
楔形槽
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西藏易贡巨型滑坡
时间： 2000年4月9日 规模： 坡高3330 m, 堆积体2500m、宽约
2500m，总方量=280-300×106 m3 天然坝：坝高=290 m, 库容=1534 ×106 m3 地质： 风化残积土。 险情： 湖水以每日0.5 m速度上升。
条间切向力
条间法向力 作用点位置 底面抗剪力 底面法向力
静力平衡方程 Fxi 0, Fzi 0和Mi 0
极限平衡方程
Ti

Ni
tan i Fs
cili
已知量Pi、Hi、hi 未知量Pi＋1、Hi＋1、hi＋1、 Ni 和Ti
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1 整体圆弧滑动法（瑞典Petterson） 2 瑞典条分法（瑞典Fellenius） 3 毕肖普法（ Bishop） 4 Janbu法 5 Spencer方法 6 Morgenstern-Price方法 7 陈祖煜的通用条分法 8 不平衡推力传递法 9 Sarma方法
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
2. 其中圆心O及半径R是任意假设的，还必须计算若干 组（O, R）找到最小安全系数 ———最可能滑动面 3. 适用于饱和粘土,即 =0 情况
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
条分法的基本概念
为了将圆弧滑动法应用于＞o的粘性土，通常采用条分法。条分法就是将滑动 土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑 动力矩和抗滑力矩，然后求土坡的稳定安全系数。
有沿坡渗流情况
沿坡渗流无限长砂土坡安全系数 J
W’ R
(1)取微单元A的土骨架为隔离体 作用力
自重：
W V
NA
渗透力： J jV i wV sin wV l
底面支撑力N，底面抗滑力R
h
(2) 滑动力： T J ( sin w sin )V sat sinV
堆 石 坝
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堤防
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滑坡 Landslides
什么是滑坡？ 为什么会滑坡？
土体自重以及渗透力等在坡体内引起剪应力，如果剪应力大于土的抗剪强 度，就要产生剪切破坏，一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象，称 为滑坡。
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
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 4 工程实际中的边坡稳定问题
1 为什么会发生边坡失稳 2 如何分析边坡稳定性 3 如何防治、治理
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
3) 水流冲刷：使坡脚变陡
存在渗透力
4) 冻融：冻胀力及融化含水量升高
5) 人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口
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地震引发的滑坡
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
如何分析、判断？
无粘性土坡-相对简单 粘性土坡-复杂
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极限平衡法
假定斜坡破坏是沿着土体内某一确定的滑裂面滑动，根据滑裂土体 的静力平衡条件和莫尔-库伦强度理论，可计算出沿该滑裂面滑动的 可能性，即土坡稳定安全系数的大小或破坏概率的高低； 然后，再系统地选取许多个可能的滑动面，用同样的方法计算其稳 定安全系数或破坏概率； 稳定安全系数最低或者破坏概率最高的滑动面就是可能性最大的滑 动面。
1 概述
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滑坡的形式
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造成滑坡的原因
1) 振动：地震、爆破 2) 土中含水量和水位变化
降雨、蓄水、使岩土软化， 坝背水坡浸润线
条分法中的求解条件
第
i
Hi+1
条
Wi
Pi+1
土 Pi
的
hi+1
作 hi Hi 用
力
Ti A
Ni
ti
O
R
C
s b B
7
6
45 -2 -1 0 1 2 3
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O R
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第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
3 粘性土坡的稳定分析
1) 瑞典圆弧法
O R
2) 瑞典条分法
3) 简化Bishop条分法
4) 通用条分法(Janbu法)
思考题： 为什么粘性土坡通常不会发生表面滑动？
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
无渗流的无限长土坡---讨论
•当=时，Fs=1.0，天然休止角 •可见安全系数与土容重无关
•与所选的微单元大小无关。 即坡内任一点或平行于坡的任一滑裂 面上安全系数Fs都相等

Fs

tg tg
思考题 在干坡及静水下坡中，

如不变，Fs有什么变化
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1） 瑞典圆弧法
圆弧滑动法由瑞典工程师K.E.Petterson提出的。冰川沉积厚层软粘土
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瑞典圆弧法)
(一) 分析计算方法 1．假设条件：
• 均质土 • 二维 • 圆弧滑动面 • 滑动土体呈刚性转动 • 在滑动面上处于极限平衡状态
O
R
d W
第十章 土坡稳定分析 Stability analysis of soil slopes
2. 平衡条件（各力对O的力矩平衡） O
R
(1) 滑动力矩： M s wd
B
C
(2) 抗滑力矩：
W
d A
e
e
e
M R 0 f de R 0 (c ntg)de R [cAc 0 ntgde R