边坡工程处治技术02建筑边坡稳定性分析_精品文档PPT课件下载推荐.ppt

1、l955l955年，毕肖普年，毕肖普（A.W.Bishop）（A.W.Bishop）明确了土坡稳定安全系数的定义：明确了土坡稳定安全系数的定义：稳定性系数稳定性系数=可供利用的抗滑力可供利用的抗滑力/滑动力滑动力边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法极限分析法极限分析法 瑞瑞典典圆圆弧弧法法Janbu条条分分法法 Bishop条条分分法法 物理模拟方法物理模拟方法数学模拟方法数学模拟方法其他方法其他方法极限平衡法极限平衡法数数值分析方法分析方法 斯斯宾宾塞塞法法 摩摩根根斯斯坦坦普普赖赖斯斯法法 沙沙尔尔玛玛法法法法 传传递递系系数数法法 有有限限单单元元法法

2、（FEM）离离散散单单元元法法（DEM）、块块体体理理论论和和不不连连续续变变形形分分析析（DDA）边界界元元法法 快快速速拉拉格格朗朗日日法法（FLAC）流流形形元元法法建筑边坡工程技术规范建筑边坡工程技术规范中的基本规定中的基本规定边坡边坡:岩质边坡与土质边坡。岩质边坡的破坏形式按下表划分：确定岩质边坡的岩体类型应考虑主要结构面与坡向的关系、结构确定岩质边坡的岩体类型应考虑主要结构面与坡向的关系、结构面倾角大小和岩体完整程度等因素面倾角大小和岩体完整程度等因素。确定岩质边坡的岩体类型时，。确定岩质边坡的岩体类型时，由坚硬程度不同的岩石互层组成且每层厚度小于由坚硬程度不同的岩石互层组成且每层

3、厚度小于5m5m的岩质边坡宜的岩质边坡宜视为由相对软弱岩石组成的边坡。当边坡岩体由两层以上单层厚视为由相对软弱岩石组成的边坡。当边坡岩体由两层以上单层厚度大于度大于5m5m的岩体组合时，可分段确定边坡类型。的岩体组合时，可分段确定边坡类型。建筑边坡工程技术规范建筑边坡工程技术规范中的基本规定中的基本规定1）边坡稳定性评价应在充分查明工程地质条件的基础上，）边坡稳定性评价应在充分查明工程地质条件的基础上，根据边坡岩土类型和结构，根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法综合采用工程地质类比法和和刚体极刚体极限平衡计算法限平衡计算法进行。进行。2）对土质较软、地面荷载较大、高度较大的边坡，其坡

4、角）对土质较软、地面荷载较大、高度较大的边坡，其坡角地面抗隆起和抗渗流等稳定性评价地面抗隆起和抗渗流等稳定性评价应按现行有关标准执行应按现行有关标准执行。3）在进行边坡稳定性计算之前，应根据边坡水文地质、工）在进行边坡稳定性计算之前，应根据边坡水文地质、工程地质、岩体结构特征以及已经出现的变形破坏迹象，对边坡程地质、岩体结构特征以及已经出现的变形破坏迹象，对边坡的的可能破坏形式可能破坏形式和和边坡稳定性状态边坡稳定性状态做出做出定性判断定性判断，确定边坡，确定边坡破破坏的边界范围坏的边界范围、边坡破坏的地质模型边坡破坏的地质模型，对，对边坡破坏趋势作出判边坡破坏趋势作出判断断。4）边坡稳定性计

5、算方法，根据边坡类型和可能的破坏形式，）边坡稳定性计算方法，根据边坡类型和可能的破坏形式，可按下列原则确定：可按下列原则确定：（1）土质边坡和较大规模碎裂结构岩质边坡宜采用土质边坡和较大规模碎裂结构岩质边坡宜采用圆弧滑动圆弧滑动法法计算；计算；（2）对可能产生平面滑动的边坡宜采用对可能产生平面滑动的边坡宜采用平面滑动法平面滑动法计算；（3）对可能产生折线滑动的边坡宜采用对可能产生折线滑动的边坡宜采用折线滑动法折线滑动法计算；（4）当边坡破坏机制复杂时，宜当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法进行分析结合数值分析法进行分析。2.1.32.1.3边坡稳定性分析基本理论和假定边坡稳定性分析基本理论和

6、假定分析方法很多，但可分为两大类，即以分析方法很多，但可分为两大类，即以极限平衡理论极限平衡理论为基为基础的条分法础的条分法和以和以弹塑性理论弹塑性理论为基础的数值计算方法为基础的数值计算方法。条分法条分法实际上是一种刚体极限平衡分析法。其实际上是一种刚体极限平衡分析法。其基本思路基本思路是：是：假定边坡的岩土体坡坏是由于边坡内产生了滑动面假定边坡的岩土体坡坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体，部分坡体沿滑动面而滑动造成的。滑动面上的坡体服从破坏条件。沿滑动面而滑动造成的。假设假设滑动面已知滑动面已知，通过考虑滑动面形成的隔离体的静力平衡通过考虑滑动面形成的隔离体的静力平衡，确定，确定沿滑面发

7、生滑动时的破坏荷载，或者说判断滑动面上的滑体的沿滑面发生滑动时的破坏荷载，或者说判断滑动面上的滑体的稳定状态或稳定程度。稳定状态或稳定程度。该滑动面是人为确定的该滑动面是人为确定的，其形状可以是其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则曲面平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则曲面。隔离体的静力。隔离体的静力平衡可以是滑面上平衡可以是滑面上力的平衡或力矩的平衡力的平衡或力矩的平衡。隔离体。隔离体可以是一个可以是一个整体，也可由若干人为分隔的竖向土条组成整体，也可由若干人为分隔的竖向土条组成。由于滑动面是人。由于滑动面是人为假定的，我们只有通过为假定的，我们只有通过系统地系统地求出一系列滑面

8、求出一系列滑面发生滑动时的发生滑动时的破坏荷载破坏荷载，其中最小的破坏荷载要求的极限荷载与之相应的滑，其中最小的破坏荷载要求的极限荷载与之相应的滑动面就是可能存在的动面就是可能存在的最危险滑动面最危险滑动面。条分法的基本假定如下：把滑动土体竖向分为把滑动土体竖向分为n个土条，在其中任取个土条，在其中任取1条记为条记为i，如图，如图2.1所示，在该土条上作用的已知力有：土条本身重力所示，在该土条上作用的已知力有：土条本身重力Wi，水平，水平作用力作用力Qi（如地震产生的水平惯性力等如地震产生的水平惯性力等），作用于土条两侧的孔，作用于土条两侧的孔隙水压力隙水压力Ui及及Ui+1，作用于土条底部的

9、孔隙水压力，作用于土条底部的孔隙水压力Udi。土条上。土条上的力矢多边形如图的力矢多边形如图2.2所示。当滑面形状确定后，土条的有关几所示。当滑面形状确定后，土条的有关几何尺寸也可确定，如底部坡角何尺寸也可确定，如底部坡角ai，底弧长，底弧长li，滑面上的土体强度，滑面上的土体强度，也已确定。要使整个土体达到力的平衡，其未知力还有：每一也已确定。每一土条底部的有效法向反力，共土条底部的有效法向反力，共n个；两相邻土条分界面上的法向个；两相邻土条分界面上的法向条间力条间力Ei，共，共n-1个，切向条间力个，切向条间力Xi，共，共n-1个；两相邻土条间力个；两相邻土条间力Xi及及Ei合力作用点位置

10、合力作用点位置Zi，共，共n-1个；每一土条底部切力个；每一土条底部切力Ti及法及法向力向力Ni的合力作用点位置的合力作用点位置ai，共，共n个。另外，滑体的安全系数个。另外，滑体的安全系数Fs，l个。个。综合上述分析综合上述分析，我们得到，我们得到共计有共计有5n-2个未知量个未知量，我们，我们能得到能得到的只有各土条水平向的只有各土条水平向及及垂直向力的平衡垂直向力的平衡以及以及土条的力矩平衡土条的力矩平衡共计共计3n个方程个方程。因此，边坡的稳定分析实际上是一个。因此，边坡的稳定分析实际上是一个求解高次超静求解高次超静定问题定问题。要使问题有唯一解就必须建立新的条件方程。解决的途。解决的

11、途径有两个：一个是径有两个：一个是利用变形协调条件利用变形协调条件，引进土体的应力应变关，引进土体的应力应变关系，另一个是作出系，另一个是作出各种简化假定以减少未知量或增加方程数各种简化假定以减少未知量或增加方程数。前前者会使问题变得异常复杂者会使问题变得异常复杂，工程界基本上不采用工程界基本上不采用，后者采用不同后者采用不同的假定和简化，而导出不同的方法。的假定和简化，而导出不同的方法。假定假定n-1个个Xi值，更简单地假定所有值，更简单地假定所有Xi=0（条块间的合力是水平的条块间的合力是水平的）,这就是常用的这就是常用的毕肖普方法。毕肖普方法。假定假定Xi与与Ei的交角或条间力合力的方向

12、，而有的交角或条间力合力的方向，而有斯宾塞斯宾塞（Spencer.E）法法（条块间力的合力的方向相互平行条块间力的合力的方向相互平行），摩根斯坦普赖斯摩根斯坦普赖斯法法（MorgenstemN.R，Price.V.E）（两相邻条块法向条间力和切向条间两相邻条块法向条间力和切向条间力之间存在一个对水平方向坐标的函数关系力之间存在一个对水平方向坐标的函数关系）、沙尔玛法沙尔玛法（Sarma.S.K.）（沿沿条块侧面达到极限平衡条块侧面达到极限平衡）以及以及不平衡推力传递法不平衡推力传递法。假定条间力合力的作用点位置，而有假定条间力合力的作用点位置，而有简布简布（N.Janbu）提出的普提出的普遍条

13、分法。遍条分法。大量研究表明，为减少未知量所作的各种假设，大量研究表明，为减少未知量所作的各种假设，在在满足合理性要求的条件下，求出的安全系数差别都不大满足合理性要求的条件下，求出的安全系数差别都不大。因此，从工程实用观点来看，在计算方法中因此，从工程实用观点来看，在计算方法中无论采用何无论采用何种假定，并不影响最后求得的稳定安全系数值种假定，并不影响最后求得的稳定安全系数值。我们进。我们进行边坡稳定分析的目的，就是要找出所有行边坡稳定分析的目的，就是要找出所有既满足静力平既满足静力平衡条件，同时又满足合理性要求的安全系数解集衡条件，同时又满足合理性要求的安全系数解集。从。从工工程实用角度看程

14、实用角度看，就是，就是找寻安全系数解集中最小的安全系找寻安全系数解集中最小的安全系数数，这相当于这个解集的一个点，这个点就是边坡稳定，这相当于这个解集的一个点，这个点就是边坡稳定安全系数。安全系数。极限平衡法长期在工程中应用，各行业应用不同的极限平衡法长期在工程中应用，各行业应用不同的方法，都积累了大量的经验，工程界就用这种虚拟状态，方法，都积累了大量的经验，工程界就用这种虚拟状态，来近似模拟实际工作状态，再加上工程经验从而作出工来近似模拟实际工作状态，再加上工程经验从而作出工程设计判断程设计判断。2.22.2瑞典圆弧法瑞典圆弧法2.2.12.2.1基本假定基本假定 瑞典圆弧法瑞典圆弧法又简称为瑞典法或费伦纽斯法，它是极限又简称为瑞典法或费伦纽斯法，它是极限平衡方法中最早而又最简单的方法，平衡方法中最早而又最简单的方法，其基本假定如下其基本假定如下：（1）（1）假定土坡稳定属假定土坡稳定属平面应变问题，即可取其一纵剖面平面应变问题，即可取其一纵剖面为代表进行分析计算。为代表进行分析计算。（2）（2）假定滑裂面为圆柱面，即假定滑裂面为圆柱面，即在剖面上滑裂面为圆弧在剖面上滑裂面为圆弧；弧面上的弧面上的滑动土体视为刚体滑动土体视为刚体，即计算中，即计算中不考虑滑动土体内不考虑滑动土体内部的相互作用力部的相互作用力（E（Ei i，X Xi i不考虑不考虑）。（3）（3）定义安全系