第十章土坡和地基的稳定性课件.ppt

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1、第十章,土坡和地基的稳定性,防灾科技学院防灾工程系主讲教师:李巨文,10.1 概述10.2 无粘性土坡的稳定分析10.3 粘性土坡的稳定分析10.4 土坡稳定性的影响因素10.5 地基的稳定性,本章目录,10.1 概述,边坡稳定分析对象：,土石坝、库区边坡，堤坝填筑,土质、岩质边坡,土坡：具有倾斜面的土体,坡肩 坡顶,坡面,坡角,坡趾,坡高,坡底,坡度：1:m,10.1 概述,天然土坡,江、河、湖、海岸坡,山、岭、丘、岗、天然坡,人工土坡,挖方：沟、渠、坑、池,填方：堤、坝、路基、堆料,土坡,一、土坡的类型,10.1 概述,一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动,滑坡：,什么是滑坡？为

2、什么会滑坡？,二、滑坡现象,发育完全的典型滑坡形态和构造示意图,第二讲 滑坡和崩塌,1.滑坡原因,10.1 概述,1）振动：地震、爆破,2）土中水位升、降,4）水流冲刷：使坡脚变陡,5）冻融：冻胀力及融化含水量升高,6）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口,3）降雨引起渗流、软化,10.1 概述,2.滑坡危害,对水利工程的危害,对铁路公路的危害,对河运及海洋工程的危害,对工程设施及房屋建筑的危害,3.滑坡形式,2.1 概述,平移,崩塌,转动,流滑,1600人死亡！,老县城,埋没村庄,906人死亡！,新北川中学岩崩,埋没村庄,王家岩滑坡,新北川中学,老县城,新县城,景家山崩塌,2006.1.4

3、印尼中爪哇滑坡,10.1 概述,2006.02.16 地面已无任何建筑物.村庄被夷为平地.天灾人祸连续暴雨是祸首,10.1 概述,2003年8月25日，四川省雅安市雨城区和荥经县遭受特大暴雨袭击。在不到5个小时的时间内，降雨量达到228毫米，发生群发性滑坡和洪水，造成18人死亡3人失踪（黄润秋教授提供）。,10.1 概述,2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。,10.1 概述,山崩1342处；滑坡1752处；泥石流501处；堰塞湖100多个（严重危害的34个）。,5.12汶川地震山体崩塌与滑坡灾害,10.1 概述,被地震摧毁的北川县城，左上角的滑坡是北川的最大杀手

4、,施加在层面的重力为W，该力可以分解成一个沿层面方向的下滑力（剪切力）T:,和一个垂直层面方向的正压力P,从物理学中的摩擦定律可知，则摩擦力应为正压力与摩擦系数的乘积，摩擦力是阻碍滑动的力。发生滑坡的临界条件可以写为:,滑坡滑动的根本原因,土体内部某个滑动面上的剪应力达到了它的抗剪强度。,库伦公式、摩尔-库伦强度理论,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,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,单元体稳定,TT,土坡整体稳定,（一）无渗流情况下无粘性土坡稳定性分析,10.2 无粘性土坡的稳定分析,稳定条件：TT,抗滑力与滑动力的比值,10.2 无粘性土

5、坡的稳定分析,1）微单元A自重:W=V,2）沿坡滑动力：,3）对坡面压力：,4）抗滑力：,5）抗滑安全系数：,当=时，K=1.0，天然休止角,安全系数与土容重无关,与所选的微单元大小无关,坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面上安全系数k都相等,10.2 无粘性土坡的稳定分析,有沿坡渗流情况,正常蓄水土坝下游,水位骤降的土坝上游,逸出段,10.2 无粘性土坡的稳定分析,A,(1)自重：,渗透力：（方向：平行于土坡）,(2)滑动力：,(3)抗滑力：,(4)抗滑安全系数：,取微单元 A，以土骨架为隔离体：,l,h,J,J,10.2 无粘性土坡的稳定分析,讨论：,意味着原来稳定的坡，有沿坡渗流时可能破坏,

6、与所选V大小无关，亦即在这种坡中各点安全系数相同,与容重有关,与无渗流比较K减小近一倍,10.2 无粘性土坡的稳定分析,10.3 粘性土坡的稳定性分析,破坏特点,由于存在粘聚力C，与无粘性土坡不同；其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。,思考：为什么粘性土坡通常不会发生表面滑动？,10.3 粘性土坡的稳定性分析,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

7、递法9 Sarma方法,计算方法：,均质粘性土层中的三种圆弧滑动面a)坡脚圆 b)坡面圆 c)中点圆,10.3 粘性土坡的稳定性分析,1 整体圆弧滑动法（瑞典圆弧法）,10.3 粘性土坡的稳定性分析,1 整体圆弧滑动法（瑞典圆弧法）,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条件,假设条件,10.3 粘性土坡的稳定性分析,平衡条件（各力对圆心O的力矩平衡）,(1)滑动力矩：,(3)安全系数：,(2)抗滑力矩：,a,10.3 粘性土坡的稳定性分析,讨论：,1 当 0 时，n 是 l(x,y)的函数，无法得到 K的理论解,2 其中圆心 O 及半径 R 是任意假设的，还必须

8、计算若干组（O,R）找到最小安全系数 最可能滑动面,3 适用于饱和软粘土，即=0 情况,费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的方法：,10.3 粘性土坡的稳定性分析,当=0时，最危险滑动面通过坡角，圆心在CO与BO的交点处，1、2 查表10-1.,当0时，最危险滑动面圆心位置可能在EO的延长线上，试算法确定。,10.3 粘性土坡的稳定性分析,稳定系数法：,从图中可直接由已知的c、确定土坡极限高度h，也可由已知的c、h 及安全系数K确定土坡的坡角。,泰勒法,5参数知4可求1,10.3 粘性土坡的稳定性分析,条分法的基本原理及分析：,源起,整体圆弧法：n 是 l(x,y)的函数,思路,离散化,分条,条分法

9、,解决矛盾,Pi,Hi,Ti,Ni,i,hi+1,Wi,Pi+1,Hi+1,未知数：,条块简力作用点位置2(n-1)+(n-1)3n-3,滑动面上的力作用点位置3n,安全系数 F 1,方程数：,静力平衡力矩平衡3n,滑动面上极限平衡条件n,4n,6n-2,未知数方程数2n-2,hi,10.3 粘性土坡的稳定性分析,2 瑞典条分法（简单条分法）,忽略所有条间作用力：2(n-1)+(n-1)3n-3,4n-3,假定滑动面上作用点位置：n,未知数:4n+1 方程数:4n,假定：,圆弧滑裂面；不考虑条间力,10.3 粘性土坡的稳定性分析,10.3 粘性土坡的稳定性分析,径向力平衡：,极限平衡条件：,整

10、体对圆心的力矩平衡：,滑动力矩=抗滑力矩,显式表达,10.3 粘性土坡的稳定性分析,瑞典法也可用有效应力法进行分析：,ui为第i土条地面中点处的孔隙水压力,圆心 O，半径 R（如图）,分条：b=R/10,编号：过圆心垂线为 0#条中线,列表计算 li Wi i,变化圆心 O 和半径 R,Fs 最小,END,计算步骤,10.3 粘性土坡的稳定性分析,瑞典条分法的讨论,(1)一些平衡条件不能满足,未知数:2n+1 方程数:4n,10.3 粘性土坡的稳定性分析,瑞典条分法的讨论,(2)假设圆弧滑裂面，与实际滑裂面有差别,忽略条间力，使得计算安全系数 Fs 偏小 假设圆弧滑裂面，使 Fs 偏大,最终结

11、果是 Fs 偏小，越大 Fs 越偏小,一般情况下，Fs偏小 10%左右,工程应用中偏于安全,10.3 粘性土坡的稳定性分析,4 改进的毕肖普（Bishop）法,忽略条间切向力：n-1,2n-1,假定滑动面上作用点位置：n,未知数:4n-1 方程数:4n,假定：,1.圆弧滑裂面；条间的竖向切向力=0,2.滑动面上切向力Ti大小做了规定,10.3 粘性土坡的稳定性分析,Fz=0,极限平衡条件,方程组求解，得到：,10.3 粘性土坡的稳定性分析,整体力矩平衡：,Ni 过圆心；Pi 互相抵消,licosi=bi,隐式表达,10.3 粘性土坡的稳定性分析,毕肖普法也可用有效应力法进行分析：,ui为第i土

12、条地面中点处的孔隙水压力,：曲线图表可查,圆心 O，半径 R,设 Fs=1.0,计算 mqi,变化圆心 O 和半径 R,Fs 最小,END,计算,No,计算步骤,10.3 粘性土坡的稳定性分析,毕肖普法的讨论,(2)大多数情况下是精确的,未知数:4n-1 方程数:4n,(1)假设圆弧滑裂面,(3)书上的P264下 Xi 推导,10.3 粘性土坡的稳定性分析,5 简布（Janbu）法,条块间力的作用点位置：n-1,2n-1,假定滑动面上作用点位置：n,未知数:4n-1 方程数:4n,假定：,假定各土条间推力作用点连线为光滑连续曲线“推力作用线”,即假定了条块间力的作用点位置,10.3 粘性土坡的

13、稳定性分析,极限平衡条件,Fz=0,Fx=0,Ni Ti Pi,方程组求解,P1=P1P2=P1+P2=P1+P2 Pj=Pi(i=1,j)Pn=Pi=0(i=1,n),与 Hi 有关，但 Hi 可以通过每个土条的力矩平衡由 hi 得到,10.3 粘性土坡的稳定性分析,简布法的讨论,(1)任意形状滑裂面，不一定是圆弧,未知数:4n-1 方程数:4n,(2)计算较复杂,10.3 粘性土坡的稳定性分析,6折线滑动法（GB50007-2002）,滑坡推力应按下列规定进行计算：当滑体有多层滑动面带时应取推力最大的滑动面带确定滑坡推力选择平行于滑动方向的几个具有代表性的断面进行计算，计算断面一般不得少于

14、2个，其中应有一个是滑动主轴断面，根据不同断面的推力设计相应的抗滑结构。当滑动面为折线形时滑坡推力可按下式计算,Fn,Fn-1-第n块、第n-1块滑体的剩余下滑力；-传递系数；t-滑坡推力安全系数；Gnt,Gnn-第n块滑体自重沿滑动面、垂直滑动面的分力；n-第n块滑体沿滑动面土的内摩擦角标准值；cn-第n块滑体沿滑动面土的粘聚力标准值；ln-第n块滑体沿滑动面的长度；,10.3 粘性土坡的稳定性分析,滑坡推力作用点，可取在滑体厚度的二分之一处；滑坡推力安全系数，对地基基础设计等级为甲级的建筑物宜取1.25，设计等级为乙级的建筑物宜取1.15，设计等级为丙级的建筑物宜取1.15,10.3 粘性

15、土坡的稳定性分析,几种方法比较,10.4 土坡稳定性的影响因素,1.土体抗剪强度指标及稳定安全系数的选择,土体抗剪强度指标的选用见表10-4抗滑稳定安全系数的选择见（JTJD30-2004）、和（JTJ01796）,表105 抗滑稳定安全系数容许值（JTJ01796）,10.4 土坡稳定性的影响因素,由此增加的滑动力矩为：,2.坡顶开裂时的土坡稳定性,10.4 土坡稳定性的影响因素,3.粘性土中水渗流时的土坡稳定性,渗流力合力：,毕肖普条分法：,10.5地基的稳定性,地基的稳定性破坏：,承受很大水平力或倾覆力矩的建(构)筑物 位于斜坡或坡顶上的建(构)筑物 地基中存在软弱土层，土层下面有倾斜的

16、岩层面、隐伏的破碎或断裂带，地下水渗流等,10.5地基的稳定性,1.基础连同地基一起滑动的三种地基稳定性问题：,（1）情况1,F挡土墙和墙后滑动土体的平均重量；,H相当于挡土墙上的主动土压力；,10.5地基的稳定性,当挡土墙周围土体及地基土都比较软弱时，地基失稳时可能出现贯入软土层深处的圆弧滑动面。此时，同样可采用类似于土坡稳定分析的条分法计算稳定安全系数，通过试算求得最危险的圆弧滑动面和相应的稳定安全系数Kmin，一般要求Kmin1.2。,（2）情况2,10.5地基的稳定性,（3）情况3,可近似地取土体abdc为隔离体。假定作用在ab和dc竖直面上的力分别等于被动和主动土压力。设bd面为滑动平面，沿此滑动面上总的抗剪强度为：,滑动面bd为平面，稳定安全系数K可为抗滑力与滑动力之比:,10.5地基的稳定性,2.土坡坡顶建筑物地基的稳定性：,a3.5b-d/tan,a2.5b-d/tan,条形基础,矩形基础,当坡角45、坡高8m时，上应按式（10-30）验算坡体稳定性.,本章小结,10.1 概述10.2 无粘性土坡的稳定分析10.3 粘性土坡的稳定分析10.4 土坡稳定性的影响因素10.5 地基的稳定性,