工学边坡稳定性分析课件.pptx

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1、2.1 2.1 基本概念基本概念 2.1.12.1.1边坡工程边坡工程 边坡工程是岩土工程三大领域中最为常见的一类工程。边坡工程是岩土工程三大领域中最为常见的一类工程。边坡（边坡（slopeslope）：）：通常指人类经济活动而开挖形成的斜坡，它通常指人类经济活动而开挖形成的斜坡，它与未经过开挖的天然斜坡有所不同。与未经过开挖的天然斜坡有所不同。滑坡（滑坡（landslidelandslide）：后者若存在易滑动的滑面即为常说的滑后者若存在易滑动的滑面即为常说的滑坡，是地质灾害的一种坡，是地质灾害的一种。2.1.12.1.1边坡工程边坡工程 边坡工程是岩土工程三大领域中最为常见的一类工程。边坡

2、工程是岩土工程三大领域中最为常见的一类工程。边坡（边坡（slopeslope）：）：通常指人类经济活动而开挖形成的斜坡，它通常指人类经济活动而开挖形成的斜坡，它与未经过开挖的天然斜坡有所不同。与未经过开挖的天然斜坡有所不同。滑坡（滑坡（landslidelandslide）：后者若存在易滑动的滑面即为常说的滑后者若存在易滑动的滑面即为常说的滑坡，是地质灾害的一种坡，是地质灾害的一种。第1页/共104页2.1.2 2.1.2 边坡分类边坡分类按材料力学性质分：按材料力学性质分：（1 1）土质边坡）土质边坡v黄土边坡：多孔，孔隙比大，以粉粒为主，含水少，柱状和垂直节理发育，可形成直立边坡，遇水容易

3、剥落。v砂性边坡：结构较疏松，粘聚力低，透水性大，在振动作用下易于液化产生液化边坡。v 粘性土边坡：以细颗粒粘土为主要介质，边坡的稳定性受生成环境、粘土矿物成分、物理力学特性影响较大。一般都具有干时坚硬开裂，遇水膨胀分解呈软塑性状的特点。v软土边坡：是指出淤化、泥炭、淤泥质土以及其他抗剪强度极低的土组成的边坡。v土石混合边坡：指由坚硬岩石碎块和砂土碎屑物质混合组成的边坡。按其形成条件可以分为堆积型(包括沉积、坡积)和残积型。第2页/共104页按材料力学性质分：按材料力学性质分：（2 2）岩质边坡）岩质边坡v侵入岩类边坡：花岗岩类，坡陡、卸荷裂隙发育。侵入岩类边坡：花岗岩类，坡陡、卸荷裂隙发育。

4、v喷出岩类边坡：玄武岩、凝灰岩、流纹岩等，强度差别大，裂隙发育。喷出岩类边坡：玄武岩、凝灰岩、流纹岩等，强度差别大，裂隙发育。v碎屑沉积岩边坡：砂岩、砾岩、页岩等，强度差别大，具有层状结构。碎屑沉积岩边坡：砂岩、砾岩、页岩等，强度差别大，具有层状结构。v碳酸盐岩类边坡：石灰岩、白云岩等，强度一般较高，层状结构，岩有碳酸盐岩类边坡：石灰岩、白云岩等，强度一般较高，层状结构，岩有时溶发育。时溶发育。v夹有软弱夹层的沉积岩边坡：如夹有泥化夹层或破碎夹泥层的砂岩、页夹有软弱夹层的沉积岩边坡：如夹有泥化夹层或破碎夹泥层的砂岩、页岩、石灰岩等，具层状结构。岩、石灰岩等，具层状结构。v软弱岩质边坡：如白垩纪

5、的红色粘土岩、泥岩、泥灰岩、页岩等，强度软弱岩质边坡：如白垩纪的红色粘土岩、泥岩、泥灰岩、页岩等，强度低，易风化、崩解。低，易风化、崩解。v特殊岩类边坡：含石膏、岩盐等得易溶岩层，强度很低。特殊岩类边坡：含石膏、岩盐等得易溶岩层，强度很低。v变质岩类边坡：如片岩、千枚岩、片麻岩等，强度差别大，多呈片状或变质岩类边坡：如片岩、千枚岩、片麻岩等，强度差别大，多呈片状或层状结构，岩体完整性差。层状结构，岩体完整性差。第3页/共104页按地质环境与人工改造的程度分：（1）自然斜坡：在自然地质作用下形成的山体斜坡、河谷岸坡、海岸陡崖等；（2 人工边坡：人类工程活动形成的规模不同、陡缓不等的斜坡，例如道路

6、工程中的工程中的路堑、路堤边坡，房屋、桥梁工 程的基坑边坡，露天矿山的边坡，水电工程中的运河渠 道边坡，船闸、溢洪道边坡、饮水水洞进、出口边坡、土石坝边坡及坝肩边坡等。第4页/共104页按边坡高度分：第5页/共104页按边坡坡度分：按变形情况不同分：未变形边坡：未变形边坡：边坡岩体未发生位移变形。边坡岩体未发生位移变形。变形边坡：变形边坡：边坡岩体曾发生位移变形。边坡岩体曾发生位移变形。第6页/共104页2.1.3 2.1.3 滑坡分类滑坡分类按滑坡厚度分类：第7页/共104页按滑动面与岩层层面的关系分类：顺层滑坡：滑坡体沿岩层层面滑动。切层滑坡：滑坡体的滑动面与岩层面相切割。均质滑坡：覆盖层

7、或堆积体沿圆弧面滑动。第8页/共104页按力学条件分类：牵引式滑坡：滑坡体下部先变形滑动，使上部岩体失去支撑，从而使上部岩体也随着变形移动。推移式滑坡：滑坡体上部先滑动，因而使下部岩体也变形滑动。混合式滑坡：不同滑块之间拉、压混合作用。平移式滑坡：上陡下缓，坡脚位置宽敞，顺势滑移。第9页/共104页按滑坡体积大小分类：第10页/共104页按滑行速度分类：第11页/共104页按滑动面形态分类：平面滑动：边坡岩体沿某一结构面如层面、节理或断层面发生滑动。通常发生在滑动面的倾向与边坡面的倾向一致，而滑动面的倾角小于边坡角但大于其内摩擦角的层状或有粘土夹层的岩体中，也可能发生在有较厚破碎带的岩体中。这

8、类破坏一般情况下走向范围可能较大。第12页/共104页按滑动面形态分类：楔体滑动：当边坡中有两组或两组以上结构面与边坡斜交，且相互切割成楔形体，当两结构面的组合交线的倾向与边坡倾向近于一致，组合交线的倾角小于边坡角而大于其内摩擦角时，较易发生这类滑坡。第13页/共104页按滑动面形态分类：圆弧形滑动：滑动面为一圆弧面，通常发生在均值而松散的岩体或土体边坡上，散体结构或坡度较大的裂隙岩体边坡也可能产生这种破坏形式。第14页/共104页 边坡工程最为关注的是其安全性边坡工程最为关注的是其安全性v土质边坡：土质边坡：圆弧滑动破坏（粘性土）圆弧滑动破坏（粘性土）平面滑动破坏（砂性土）。平面滑动破坏（砂

9、性土）。v岩石边坡滑动破坏形式：岩石边坡滑动破坏形式：平面破坏平面破坏 楔形破坏（常表现滑体为四面体）楔形破坏（常表现滑体为四面体）曲面破坏曲面破坏 倾倒破坏倾倒破坏 第15页/共104页第16页/共104页2.1.4 2.1.4 滑坡判断的标志滑坡判断的标志 滑坡形成以后，常在地表形成地形地貌、岩性及岩土结构、水文地质条件等各种局部异常现象，根据这些异常现象即可判断滑坡体的存在与否。1、地形地貌及地物标志；2、岩土结构特征；3、水文地质标志；4、滑坡边界及滑坡床标志。第17页/共104页第18页/共104页滑坡特征示意图滑坡特征示意图第19页/共104页滑坡体上的树木歪斜滑坡体上的树木歪斜,

10、像醉汉一样像醉汉一样,东倒西歪东倒西歪,显示滑坡已滑动解体显示滑坡已滑动解体 第20页/共104页树木茂密，形成大片马刀树，表示浅层滑移明显 第21页/共104页第22页/共104页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。第23页/共104页滑坡壁滑坡周界第24页/共104页2.2 2.2 影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素 内在因素：组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等；外在因素：水的作用、地震、岩石风化、工程荷载条件及人工 开挖等。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素则使边坡的下滑力增大，岩土体的强度降低而消弱岩土体的抗滑力，促

11、进边坡变性破坏的发生和发展。第25页/共104页一、岩土类型和性质的影响地层岩性的差异是影响边坡稳定的主要因素。1 1）深成侵入岩、厚层坚硬沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的边坡，一般稳定性较高；2 2）喷出岩边坡，如：玄武岩、凝灰岩、安山岩、火山角砾岩等，其原生节理（尤其是柱状节理)发育时，容易形成直立坡而产生崩塌；3 3）含有粘土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积岩边坡，最易产生顺层滑动，或因深层蠕动而造成崩塌；4 4）千枚岩、板岩及片岩，软弱易风化，容易出现蠕动现象；5 5）黄土具有垂直节理、疏松透水，浸水后容易崩解湿陷。6 6）崩积物、残坡积物。容易沿下伏基岩的接触面产生滑动。

12、第26页/共104页二、地质构造和岩体结构的影响 地质构造因素对边坡稳定性，特别是岩质边坡稳定性的影响是十分明显。1 1）在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性较差，常出现巨大型滑坡及滑坡群；2 2）断层、节理裂隙发育特征和岩体结构对边坡稳定的影响也是十分明显的，极易发生滑坡；3 3）岩层或结构面的产状对边坡稳定有很大的影响。第27页/共104页三、水的作用的影响地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素，水的作用主要表现在：1 1）处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用；2 2）而不透水的边坡，坡面将承

13、受静水压力，充水的张开裂隙也将承受裂隙水静水压力的作用；3 3）地下水的渗流，将对边坡体产生动水压力；4 4）水对边坡岩土体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低；5 5）地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用；第28页/共104页 地震对边坡稳定性的影响较大。在地震的作用下，首先使边坡岩体的结构发生破坏或变化，出现新的结构面，或使原有结构面张裂、松弛，饱水砂层出现振动液化，地下水状态亦有较大的变化。在地震力的反复振动冲击下，边坡沿结构面发生位移变形，直至破坏。五、工程荷载的影响四、地震作用的影响 如拱坝坝肩承受的拱端推力；边坡坡肩附近修建大型水工建筑物引起的坡顶超

14、载；压力隧洞内水压力传递给边坡的裂隙水压力；库水对库岸的浪击淘刷力；预应力锚固时所加的预应力等。由于工程的运行，也可能间接地影响边坡的稳定。除上述因素外，坡脚人工开挖、爆破影响、岩体风化作用，引水渠道的修建，黄土湿陷等，均可引起边坡的变形与破坏。第29页/共104页2.3 2.3 边坡稳定性分析边坡稳定性分析 边坡稳定性评价方法可概括为：地质分析法（历史成因分析法、赤平极射投影法）力学计算法（包括极限平衡法、数值法）工程地质类比法 可靠度分析法（基于概率论的结构设计方法）反分析法 非线性数学方法（人工智能方法）(1)(1)对与工程建设有关的天然边坡或人工边坡的稳定性做出定性和定量评价；对与工程

15、建设有关的天然边坡或人工边坡的稳定性做出定性和定量评价；(2)(2)为设计合理的人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。为设计合理的人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。边坡稳定性评价的任务：边坡稳定性评价的任务：第30页/共104页边坡稳定分析前应具备资料：地形和地貌特征；地层岩性和岩土体结构特征；断层、裂隙和软弱层的分布、产状、充填物质以及结构面的组合与连通率；边坡岩体风化、卸荷深度；各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力；岩土体变形监测和地下水观测资料；坡脚淹没、地表水位变幅和坡体透水与排水资料；降雨历时、降雨强度和冻融资料；地震基本烈度和动参数；边坡施工开挖方式、开挖程序

16、、爆破方法、边坡外荷载、坡脚采空和开挖坡的高度和坡度等。第31页/共104页边坡稳定性的评价方法边坡稳定性的评价方法一、地质分析法1.地质历史成因分析法 地质分析法是根据边坡的地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势和边坡变形破坏方式，对边坡的稳定性作出定性评价。对发生过滑坡的边坡，则判断其能否复活或转化。大致包括以下内容：1）根据边坡的地貌形态演变预测和评价边坡的稳定性；2）根据地层岩性、地质构造等地质条件分析边坡变形破坏的形式；3）根据边坡变形体的外形和内部变形迹象判断边坡的演变阶段；4）根据周期性规律判定促进边坡演变的主导因素；5）边坡

17、稳定性的区域性评价。第32页/共104页2.块状岩质边坡赤平极射投影分析方法利用赤平极射投影分析的主要任务：（1）初步判断岩体结构 的稳定性和稳定倾角；（2）对于可能滑动的边 坡，提供滑动的方向。主要任务第33页/共104页（1）一组结构面边坡稳定性分析 a.当岩层（结构面）的走向与边 坡的走向一致时，可直接用赤平投影来判断。分3种情况：情况一：结构面投影位于边坡投影异侧时（反倾向坡），边坡稳定；第34页/共104页情况二：结构面投影位于边坡投影同侧内侧时，边坡基本稳定；顺倾向坡，结构面倾角大于坡面角。第35页/共104页情况三：结构面投影位于边坡投影同侧外侧时，边坡不稳。顺倾向坡，结构面倾角

18、小于坡面角。第36页/共104页（1）一组结构面边坡稳定性分析 b.当岩层的走向与边坡的走向斜交时若边坡稳定性发生破坏，从岩体结构的观点来看,须同时具备两个条件：第一，滑动面ADK；第二，垂直于结构面的切割面DEK。DEK是推断的，不稳定体ADEK。削坡，即可得到稳定坡角。方法如下：第37页/共104页例：结构面走向2800，倾向SW，倾角500，与边坡斜交。边坡走向3100，倾向SW。求稳定坡角。解：（1）根据结构面的产状，绘制结构面的赤平投影A-A。（2）切割面因为垂直于滑动面，故走向为100（1900）倾角900。据此绘制其赤平投影B-B，交A-A于M点。（3）根据边坡走向和倾向，再通过

19、M点做边坡投影DMD。（4）根据边坡投影DMD，利用吴氏网可求得坡面倾角为540此角即为稳定坡角。第38页/共104页c.c.特殊情况一：结构面走向与边坡走向成直交时，稳定坡角最大，为900。第39页/共104页d.特殊情况二：结构面走向与边坡走向平行时，稳定坡角最小，结构面倾角即为稳定坡角。e.一般情况：结构面走向与边坡走向斜交时，稳定坡角由结构面倾角变到900。第40页/共104页（2）二组结构面边坡稳定性分析a.最稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧内侧。第41页/共104页b.稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧内侧。第42页/共104页c.较稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧

20、外侧。第43页/共104页d.较不稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧之间，但结构面离坡面较远，在坡面没有出露点.第44页/共104页e.不稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧之间，且结构面在坡面有出露点。第45页/共104页（3）三组及多组结构面边坡稳定性分析要分析其最不利的交点。稳定性分析时要分析倾角最大但又小于坡角的点来分析；推断稳定坡角时要选择倾角最小的点来分析。第46页/共104页（4 4）结构体滑移方向的分析a.两结构面交线位于两结构面倾向线之间。滑移方向为交线OC方向。第47页/共104页b.两结构面交线位于两结构面倾向线之外。J1结构面的倾线方向为滑动方向。J2为切割面。第

21、48页/共104页c.交线与一组结构面的倾向线重合。则重合线就是滑动方向,J2为切割面。第49页/共104页第50页/共104页二、力学分析法（一）极限平衡法 极限平衡法是在已知滑移面上对边坡进行静力平衡计算，从而求出边坡稳定系数，因此，必须知道滑移面的位置与形状。当滑面为一简单平面时，可采用解析法计算，获得解析解。当滑面为圆弧、对数螺线、折线或任意曲线时，无法获得解析解，通常要采用条分法求解。由于条间力假定的不同，产生了十几种不同的极限平衡条分法。第51页/共104页编编号号方法方法假定假定条块形状条块形状滑动面滑动面平衡条件平衡条件垂直力垂直力水平力水平力力矩力矩1 1瑞典法瑞典法圆弧滑动

22、面圆弧滑动面考虑考虑垂直条块垂直条块2 2简化简化BishopBishop法法圆弧滑动面圆弧滑动面满足满足考虑考虑垂直条块垂直条块3 3简化简化JanbuJanbu法法任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足垂直条块垂直条块4 4陆军工程师团法陆军工程师团法任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足垂直条块垂直条块5 5罗厄法罗厄法任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足垂直条块垂直条块6 6不平衡推力法不平衡推力法任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足垂直条块垂直条块7 7SarmaSarma法（法（I I）任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足非垂直条块非垂直条块8 8SpencerSpencer法法任意滑

23、动面任意滑动面满足满足满足满足满足满足垂直条块垂直条块9 9Morgenstern-PriceMorgenstern-Price法法任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足满足满足垂直条块垂直条块1010SarmaSarma法（法（IIII）任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足满足满足垂直条块垂直条块1111SarmaSarma法（法（IIIIII）任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足满足满足垂直条块垂直条块1212CorreiaCorreia法法任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足满足满足垂直条块垂直条块1313严格严格JanbuJanbu法法任意滑动面任意滑动面满足满足满足满足自动满足自动满足

24、垂直条块垂直条块常用极限平衡条分法及其假定 第52页/共104页 每种方法都有各自的传统求解格式，根据所满足的平衡条件，可将现有极每种方法都有各自的传统求解格式，根据所满足的平衡条件，可将现有极限平衡条分法分为四类：限平衡条分法分为四类：（1）考虑所有平衡条件（简称HVM组合）。即水平、垂直方向力的平衡和对任意点的力矩平衡。此类方法有Spencer法、Morgenstern-Price法、Sarma法（II）、Sarma法（III）、Correia法。（2）考虑垂直方向力的平衡和对已选定的求矩中心的力矩平衡（简称VM组合）。简化Bishop法属此类。（3）考虑水平方向力的平衡和垂直方向力的平衡

25、（简称HV法）。此类方法有：简化Janbu法、罗厄法、陆军工程师团法、不平衡推力法和Sarma法（I）。严格Janbu法在假设推力线位置时就已自动考虑了力矩平衡，但在求解过程中只利用了两个方向力的平衡，因此，该法从求解格式上属于HV组合，性质上却属于HVM组合。（4）仅考虑对选定求矩中心的力矩平衡（简称M组合）。瑞典法属于此类。其中，第一类方法和严格Janbu法统称为严格条分法，其它三类统称为非严格条分法。第53页/共104页第54页/共104页解决的方法有两个：（1）增加方程数：引入变形协调条件，加入应力-应变关系。会使问题变复杂，工程中一般不采用。（2）减少未知量个数：引入简化假定 会使问

26、题变简单。不同的假定和简化方法，可以导出不同的计算方法。a.假定条间力合力Pi的方向，有瑞典法、简化Bishop法和简化Janbu法。b.假定条间力合力Pi方向值或分布，有Spencer法、Morgenstern-Price法、陆军工程师团法、罗厄法、不平衡推力法等。c.假定条间剪力Ti与条间法向力Ei之间的关系，有Sarma法（I）、Sarma法（II）和Sarma法（III）d.假定条间力Ti的分布，有Correia法。e.假定推力线的位置，有严格Janbu法 第55页/共104页1.1.假定条间力PiPi和Pi-1Pi-1的合力的方向的倾角此类方法有瑞典法、简化Bishop法和简化Jan

27、bu法。瑞典法在求条底反力时忽略了条间力的作用。这相当于假定条间力Pi与Pi-1的合力 的方向平行于条底，即：简化Bishop法和简化Janbu法假定条间力的方向为水平方向，这相当于假定条间剪力差为零或条间力Pi与Pi-1的合力 的方向为水平方向，即简化Janbu法通过以上假定计算所得安全系数为F0，然后利用一个修正系数 来考虑条间剪力的影响。修正后的稳定系数为 的方向的倾角第56页/共104页2.假定条间力倾角的值或分布 此类方法有陆军工程师团法、罗厄法、不平衡推力法、Spencer法和M-P法。（1）陆军工程师团法假定条间力的方向与坡面平行，即 边坡的平均坡度，是一个常数。（2）罗厄法假定

28、条间力倾角的正切值等于条块底面和顶面斜率之和的一半，即 条块顶面的倾角。（3）我国的不平衡推力法假定条间力与上一条块底面平行，即：（4）Spencer法假定条间力的倾角为一个常数，即 是一个常数，在计算的过程中确定；它的引入，使滑动体处于严格极限平衡。（5）Morgenstern-Price法假定条间力的倾角的正切值为某一函数分布，即：条间力函数，是一个预先给定的函数。第57页/共104页3.假定条间剪力Ti与条间法向力Ei之间的关系 此类方法有Sarma法（I）、Sarma法（II）和Sarma法（III）。Sarma法（I）可以考虑非垂直条块，假定条块界面上剪切强度具有相同的调动程度，即S

29、arma法（II）引入了一个比例系数 ，即：Sarma法（III）的理论与Sarma法（II）相似，所不同的是多引入了一个无量纲的形函数 ，即：第58页/共104页4.假定条间力Ti的分布此类方法有Correia法。该假定在整个滑体内，条间剪力为某种函数分布，即 5.假定推力线的位置此类方法有严格Janbu法。该法假定在整个滑体内，推力线的位置为某种函数分布，即：利用二次拉格朗日插值函数给出一条光滑的推力线为：第59页/共104页A、土质边坡 以极限平衡理论为基础计算土坡的稳定性，常见的方法有瑞典条分法、毕肖普法等，这些方法计算土坡的稳定性，假定边坡破坏时的滑面形态为圆弧形（或无粘性土的平面滑

30、动），通过试算或根据经验找出最危险滑动圆弧的中心。边坡的稳定关系数K K的定义为：沿圆弧形滑面的抗滑力和滑动力对滑弧圆心的力矩之比。第60页/共104页无粘性土的土坡稳定无粘性土的土坡稳定 1 1、一般情况下的无粘性土土坡稳定、一般情况下的无粘性土土坡稳定下滑力下滑力单元体下土体提单元体下土体提供的支撑力供的支撑力单元体下土体提单元体下土体提供的抗滑力供的抗滑力单元体对其下土单元体对其下土体的压力体的压力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力第61页/共104页2 2、有渗流情况下的无粘性土土坡稳定、有渗流情况下的无粘性土土坡稳定下滑力下滑力单元体下土体单元体下土体提供的

31、支撑力提供的支撑力单元体下土体提单元体下土体提供的抗滑力供的抗滑力单元体对其下土单元体对其下土体的压力体的压力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力顺坡出流顺坡出流第62页/共104页对对o o点力矩平衡：点力矩平衡：安全系数：安全系数：对饱和粘土，在不排水条件下：对饱和粘土，在不排水条件下：粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法1 1、整体圆弧滑动稳定分析、整体圆弧滑动稳定分析第63页/共104页安全系数：安全系数：粘性土坡，竖向裂缝，滑弧变短。粘性土坡，竖向裂缝，滑弧变短。第64页/共104页最危险滑弧的寻找最危险滑弧的寻找1 1、确定可能的圆心

32、范围；、确定可能的圆心范围；2 2、对每个圆心，选择不同滑弧半径，、对每个圆心，选择不同滑弧半径，计算各滑弧安全系数；计算各滑弧安全系数；3 3、比较所有安全系数，选最小值。、比较所有安全系数，选最小值。第65页/共104页2 2、条分法及其受力分析、条分法及其受力分析 极限平衡分析的条分法：土体为不变形刚体，滑面为连续面。极限平衡分析的条分法：土体为不变形刚体，滑面为连续面。n-1n3i21bi第66页/共104页WiZiEiZi+1Ei+1XiXi+1 bi未知量分析：未知量分析：2 2、条分法及其受力分析、条分法及其受力分析第67页/共104页3 3、常用条分法的简化假设、常用条分法的简

33、化假设瑞典条分法瑞典条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即：假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即E Ei i=X=Xi i=0=0，减少，减少3n-33n-3个未知数。个未知数。简化毕肖普条分法简化毕肖普条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条间力，即：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条间力，即X Xi i=0=0，减少，减少n-1n-1个未知数。个未知数。简布条分法：简布条分法：假设滑动面为任意面，条间法向作用力的作用点在滑面假设滑动面为任意面，条间法向作用力的作用点在滑面以上以上1/31/3土条高度处，减少土条高度处，减少n-1n-1个未知数。个未知数。其他条分法：假设滑动面为任意面，

34、法向条间力和切向条间力之间为其他条分法：假设滑动面为任意面，法向条间力和切向条间力之间为某种函数关系，减少某种函数关系，减少n-1n-1个未知数。如不平衡推力法、摩根斯袒个未知数。如不平衡推力法、摩根斯袒普赖普赖斯法等。斯法等。第68页/共104页瑞典圆弧法基本公式：瑞典圆弧法基本公式：底面法向静力平衡底面法向静力平衡底面法向静力平衡底面法向静力平衡:hi底面切向静力平衡底面切向静力平衡底面切向静力平衡底面切向静力平衡:能提供的最大抗滑力能提供的最大抗滑力能提供的最大抗滑力能提供的最大抗滑力:安全系数的定义安全系数的定义安全系数的定义安全系数的定义:所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡所有作用力对滑

35、弧圆心取力矩平衡所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡:第69页/共104页（1 1）考虑孔隙水压力公式：）考虑孔隙水压力公式：第70页/共104页（2 2）考虑渗流影响的计算公式：）考虑渗流影响的计算公式：第71页/共104页BishopBishop法基本公式：法基本公式：第72页/共104页BishopBishop稳定性计算方法：稳定性计算方法：BishopBishop稳定性计算注意事项：稳定性计算注意事项：第73页/共104页JabuJabu法基本公式：法基本公式：基本假定：基本假定：第74页/共104页JabuJabu法计算步骤：法计算步骤：第75页/共104页第

36、76页/共104页第77页/共104页B、岩质边坡 首先弄清楚边坡滑体的边界条件（滑动面、切割面、临空面）；而后根据结构面的产状及组合情况，把边坡岩体的滑动破坏划分为：（1）同倾向单滑面型（2）同倾向双滑面型（3）同倾向多滑面型（4）不同倾向双滑面型（5）不同倾向多滑面型 根据不同的滑动破坏类型进行分析，前三类可采用极限平衡理论按平面问题分析，后两者被滑动面切割成形状复杂的楔形，需要配合赤平投影法和实体比例投影法，按空间课题分析或采用块体矢量分析法。风化破碎的裂隙岩体可按圆弧形滑动面，与土坡稳定分析相同。第78页/共104页1.1.单滑面平面滑动破坏单滑面平面滑动破坏基本假定：1）滑动面及张裂

37、隙的走向平行于坡面；2）张裂隙垂直 ，其中充水深度为 ；3）水沿张裂隙缝底进入滑动面渗漏，张裂隙底与坡趾间的长度内水压力按线性变化至零（三角形分布）；4）滑动块体重量 、滑动面上水压力 和张裂缝中水压力 三个均通过滑体的重心。换言之，假定没有使岩块转动的力矩，破坏只是由于滑动。5）导致边坡发生平面破坏的前提是：边坡中存在一组较软弱的结构面，走向与坡面走向平行或近似平行（其夹角小于20），倾角小于边坡角，但大于结构面摩擦角。第79页/共104页边坡坡面破坏受力分析图 第80页/共104页2.2.多滑面平面滑动破坏多滑面平面滑动破坏 多滑块平面破坏模式中最常见的是双滑块破坏模式。这种破坏模式是岩质

38、边坡或下伏有折线形状基岩土坡中比较常见的，采用剩余推力法，假定主动滑块处于极限平衡状态，则可求得边坡安全系数为：双滑块破坏边坡受力分析图 第81页/共104页3.3.传递系数法（不平衡推力法）传递系数法（不平衡推力法）传递系数法又称不平衡推力法，该方法是我国铁路与工民建等部门在进行边坡稳定验算中经常使用的方法，计算不繁杂，具有方便适用的优点。适用于滑面为折线形的滑坡体推力计算。基本假定：1.滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间的挤压变形。滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间的挤压变形。2.条块之间只传递推力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂。条块之间只传递推力不传递拉力，不出现条块之

39、间的拉裂。3.块间推力以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分界面的中点。块间推力以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分界面的中点。4.不考虑条块两侧的摩擦力。不考虑条块两侧的摩擦力。第82页/共104页将各作用力投影到底滑面上，其平衡方程如下：第83页/共104页计算方法：（1）计算时从上往下逐块计算。如果最后一块的En为正值，说明边坡体是不稳定的；En为负值或为0，说明边坡体是稳定的。（2）如果计算过程中某一块的Ei为负值或为0，则说明本块以上岩土体已能稳定，并且下一条块计算时按无上一条块推力考虑。（3）如果计算断面中有逆坡，倾角i为负值，而Wisin i

40、也是负值，则Wisin i变成了抗滑力。在计算滑坡推力时，Wisin i不乘以安全系数。第84页/共104页4.4.楔形体破坏边坡稳定性分析楔形体破坏边坡稳定性分析 楔形滑动块体是由两相交的结构面、边坡面和坡顶面切割而成。第85页/共104页二、力学分析法（二）数值分析法 对于土质边坡、风化严重的似均质岩体、破碎岩体边坡，或存在明确潜在滑动面的边坡，均可采用极限平衡法计算分析边坡的稳定性。但对性质复杂的岩体路堑边坡，明确的潜在滑裂面往往难以确定，而且，有的破坏类型，如溃屈、倾倒等还不能简单采用极限平衡法。因此，需要寻求新的稳定性计算方法。有限单元法具有能考虑材料的应力应变关系、复杂地质地貌条件

41、、开挖施工过程对边坡稳定性的影响、不需要假定滑移面的形状和位置、模拟岩土体与各种支挡结构的共同作用等诸多优点，是进行复杂岩体边坡稳定性分析的良好手段。1975年，Zienkiewize利用有限元方法进行边坡稳定分析，但是由于计算条件的限制及力学概念不十分明确，此法一直没有流行起来。随着计算机技术的发展，尤其是岩土材料的非线性弹塑性有限元计算技术的发展，为利用有限元法进行边坡稳定分析创造了条件。第86页/共104页 有限元强度折减法稳定系数的定义在本质上与传统方法是一致的，但在计算中可自动得到边坡的滑移面。这种方法早在20世纪70年代就被提出。所谓强度折减，即在数值计算中将边坡岩土体强度参数(内

42、摩擦角、凝聚力及抗拉强度逐渐降低直到结构达极限状态，岩土体所具有的强度参数值与相应于该极限状态的强度参数值之比，则为所求的安全系数，同时可根据弹塑性计算结果得到潜在破坏滑动面位置。（1）选取折减系数Ftrial，将岩土体强度参数凝聚力、内摩擦角、抗拉强度、节理面强度参数cj，j，jt 分别(或部分)按下式进行折减；（2）采用适当的岩土体屈服准则，对边坡进行非线性数值计算；（3）若计算收敛，则通过增加折减系数Ftrial，反复对边坡稳定性进行计算，直至满足失稳判据，此时的折减系数Ftrial即为边坡的安全系数Fs。第87页/共104页 在每次强度折减计算过程中，实际是以“在指定的收敛准则下非线性

43、有限元计算不能收敛为止”作为计算结束的依据。因此，无论是使用剪应变，还是塑性应变沿坡脚到坡顶是否贯通作为边坡失稳判据都是基于“力或位移不收敛”的。强度折减法失稳判据：第88页/共104页强度折减法潜在滑移面的确定：边坡滑移面的特征在于其上各点与沿滑移面该点法线方向的应变或位移变化梯度最大。（1）无论是剪应变，还是塑性应变，均可作为表征其特点的力学状态。在强度折减法最后一次逼近计算完成后，广义剪应变、广义塑性应变或等效塑性应变从坡角到坡顶上下贯通，因此可作为边坡潜在滑移面确定的参考依据。（2）采用边坡的剪应变速率作为边坡潜在滑移面的确定依据，物理意义更加明确。它表明滑移面各点的剪应变改变速率要快

44、于沿该点滑移面法线方向上的各点。但一般情况下，以剪应变速率确定的边坡潜在滑移面的位置与按广义剪应变、广义塑性应变或等效塑性应变分析结果相差不大。等效塑性应变的定义式如下：第89页/共104页FLAC3D计算（有限差分）：第90页/共104页第91页/共104页第92页/共104页ADINA计算（有限元）：第93页/共104页Abaqus计算（有限元）：第94页/共104页赵尚毅,郑颖人.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数第95页/共104页第96页/共104页DDA(块体单元法）：小湾水电站坝肩边坡 以边坡滑移位移与折减系数关系曲线的最大曲率所对应的折减系数为边坡安全系数的判别标准。第97页

45、/共104页PFC(颗粒流方法）：第98页/共104页第99页/共104页UDEC(离散元法）：第100页/共104页第101页/共104页 工程地质类比法的实质是把已有的自然边坡或人工边坡的研究设计经验，应用到条件相似的新边坡的研究和人工边坡的研究设计中去。采用该方法需要对已有边坡进行广泛的调查研究，全面分析工程地质因素的相似性和差异性，分析影响边坡变形发展的主导因素的相似性和差异性。此外，还应考虑工程的类别、等级以及对边坡的特征要求等。工程地质类比法虽然是一种经验方法，但在边坡设计中，特别是中小型工程的设计中是很通用的一种方法。三、工程地质类比法第102页/共104页四、可靠度设计方法 以

46、可靠度理论为基础，建立边坡稳定的极限状态方程，再进行边坡稳定的可靠度或失效概率分析。五、反分析方法 由确定的力学模型，给定岩土介质物理力学参数以及受力状态而求边坡岩土体的位移、应变、应力等，称之为正分析。通过工程现场的位移等量测信息作为“计算参数”，推求边坡岩土体的初始地应力场以及介质参数，则称之为反分析。反分析法作为解决岩土工程介质本构模型及物理参数问题的有效方法，其分析方法主要有优化法和逆解法。反演参数求解应满足适定性，即解的存在性和稳定性。六、非线性方法（人工智能）岩体工程是一个与条件、参数相关，且在某些状态下极为敏感而又具有诸多不确定性的强非线性动力学问题。近年来不少研究者把相邻学科中有关模糊数学、神经网络、灰色理论、混屯分叉、突变、耗散、协同学、分形学和人工智能方面的最新成果引入岩石力学与工程的研究。第103页/共104页感谢您的观看！第104页/共104页