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1、1,第八章 土坡稳定分析,主要内容,无粘性土土坡稳定分析 粘性土土坡稳定分析 土坡稳定分析中有关问题,2,土坡稳定概述,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,山坡、江河岸坡,路基、堤坝,3,第一节 概述 1、土坡滑动（滑坡） 土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外滑移而丧失稳定性。,2、原因： （1）外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态； （2）土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏。,4,滑坡,5,6,定量分析方法,定性分析方法,确定性分析方法,不确定性分析方法,极限平衡分析法,数值分析方法,Bishop法,Janbu法,Morg
2、enstern-Price法,不平衡推力法,Fellenius法,3 边坡稳定性分析方法,7,定性分析方法主要包括:自然(成因)历史分析法、图解法、边坡稳定性分析数据库和专家系统等 定量分析方法分为确定性分析方法和不确定性分析方法, 其中确定性分析方法主要包括极限平衡分析法和数值分析方法; 不确定性分析方法主要包括灰色系统评价法、可靠度分析方法、模糊综合评价法等,8,由于极限平衡法具有模型简单、计算公式简捷、可以解决各种复杂剖面形状、能考虑各种加载形式的优点,因此得到广泛的应用。 但是极限平衡法存在着一定的局限性: 其一,需要事先假设边坡中存在的滑动面(圆 弧法或折线法); 其二,无法考虑土体
3、与支护结构之间的作用及其变形协调关系; 其三,不能计算边坡及支护结构的位移情况。,9,第二节 无粘性土坡稳定分析,一、无粘性土坡稳定分析,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,TT,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,单元体稳定,10,稳定条件：TT,砂土的内摩擦角,抗滑力与滑动力的比值,安全系数,11,二、有渗流作用时的无粘性土土坡分析,稳定条件：TT+J,顺坡出流情况:, / sat1/2，坡面有顺坡渗流作用时，无粘性土土坡稳定安全系数将近降低一半,12,第三节 粘性土土坡稳定分析,均质粘性土土坡在失稳破坏时，其滑动面常常是一曲面
4、，通常近似于圆柱面，在横断面上则呈现圆弧形。实际土坡在滑动时形成的滑动面与坡角b、地基土强度以及土层硬层的位置等有关，一般可形成如下三种形式： 1）圆弧滑动面通过坡脚B 点（图 a），称为坡脚圆； 2）圆弧滑动面通过坡面上E 点（图b），称为坡面圆； 3）圆弧滑动面发生在坡角以外的A 点（c），圆心位于中垂线上称为中点圆。,13,一、土坡圆弧滑动面的整体稳定分析,滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比,饱和粘土，不排水剪条件下，u0，fcu,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：,14,粘性土土坡滑动前，坡顶常常出现竖向裂缝,裂缝的出现将使滑弧长度由AC减小到AC，如
5、果裂缝中积水，还要考虑静水压力对土坡稳定的不利影响,Fs是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数,15,2 .Fellenius最危险滑动面圆心的确定,R,O,对于均质粘性土土坡，其最危险滑动面通过坡脚, =0,O,E, 0,16,3、泰勒图表法,土坡的稳定性相关因素：,泰勒（Taylor,D.W，1937）用图表表达影响因素的相互关系,稳定因数,土坡的临界高度或极限高度,泰勒图表法适宜解决均质简单土坡稳定分析的问题： 已知坡角及土的指标c、，求稳定的坡高H 已知坡高H及土的指标c、，求稳定的坡角 已知坡角、坡高H及土的指标c、，求稳定安全系数F s,
6、17, 30,或 =00且530-坡角圆,确定滑动面,18, =00且530-坡脚圆坡面圆中点圆,19,稳定因数与坡角的关系: =00,20,稳定因数与坡角的关系: 00,21,4、例题分析,【例】一简单土坡=15,c =12.0kPa, =17.8kN/m3，若坡高为5m,试确定安全系数为1.2时的稳定坡角。若坡角为60，试确定安全系数为1.5时的最大坡高,在稳定坡角时的临界高度： Hcr=KH= 1.25=6m,【解答】,稳定因数 ：,由 =15,Ns= 8.9查图得稳定坡角 = 57,由 =60， =15查图得泰勒稳定数Ns为8.6,稳定因数 ：,求得坡高Hcr=5.80m,稳定安全系数
7、为1.5时的最大坡高Hmax为,22,二、条分法(费伦纽斯 1936),滑动土体分为若干垂直土条,弥补了整体稳定分析法泰勒法(均质土)的不足,适用于复杂土坡有荷载渗流情况等,至今广泛应用,23,条分法分析步骤I,2.任选一圆心O，确定滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条,3.每个土条的受力分析,重力分力,假设两组合力(Pi，Xi) (Pi1，Xi1),1.按比例绘出土坡剖面,24,条分法分析步骤,4.滑动面的总滑动力矩,5.滑动面的总抗滑力矩,6.确定安全系数,土条划分方法,25,例题分析,【例】某土坡如图所示。已知土坡高度H=6m，坡角=55，土的重度 =18.6kN/m3，内摩
8、擦角 =12，粘聚力c =16.7kPa。试用条分法验算土坡的稳定安全系数,26,分析:,按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧(泰勒法) 将滑动土体分成若干土条，对土条编号 量出各土条中心高度hi、宽度b i，列表计算sin i、cos i以及土条重W i，计算该圆心和半径下的安全系数,27,计算,按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧(泰勒法),取圆心O ，取半径R = 8.35m,将滑动土体分成若干土条，对土条编号,列表计算该圆心和半径下的安全系数,28,三、毕肖普法(1955),毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度f与实际产生剪应力的比，即K= f/
9、， 假定滑动面是圆弧，任一土条i受力为：土条重Wi引起的切向力Ti和法向力Ni，并分别作用于底面中心处；土条侧面作用法向力 Ei 、Ei+1 和切向力Xi、 Xi+1。但是毕肖普忽略了条间切向力，即Xi+1-Xi =0，这样就得出了国内外广泛使用的毕肖普简化公式：,29,竖向平衡:,将Ti代入得:,再将Ni代入:,又根据:,总 应 力 法,30,31,有效应力法,32,有效应力法,竖向平衡:,33,力矩平衡:,简化后得：,力矩分析 为什么没 考虑条间 力?,34,土坡稳定分析中有关问题,一、土的抗剪强度指标及安全系数的选用,* 指标值过高，有发生滑坡的可能 * 指标值过低，没有充分发挥土的强度，不经济 * 施工快渗透差:快剪三轴不排水剪指标-总应力法 * 长期稳定性分析:排水剪固结不排水剪指标-有效应力法 * 安全系数与抗剪强度指标有关,工程等级愈高，所需要的安全系数愈大。 * 参照规范选用,二、坡顶开裂时的稳定性 (片15),三、坡内有渗流时,35,四、查表法确定土质边坡的坡度,边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度进行确定 一些规范和手册根据大量设计和运行经验规定了土坡坡度的允许值，可以通过查表法确定土质边坡的坡度,习题:P188, 8-1,8-2,36,37,