土坡稳定性分析与计算45页PPT

第10章 土坡稳定分析
概述 无粘性土坡的稳定分析 粘性土坡的稳定分析 孔隙水压力的估算和抗剪强度指标 的选用 10.6 滑坡的防治和土坡稳定的安全系数 10.1 10.2 10.3 10.5
10.1 概述
土坡：具有倾斜坡面的土体形成。 天然土坡：山坡、江河湖海的岸坡等由地质作用形成的土坡。
人工土坡：挖方和填方土坡的统称。
图10－3 土坡滑动面的形状 （a）圆弧形；(b)直线形；（c）复合形
10.1 概述
极限平衡法分析土坡稳定性的思路： 确定一理想的滑动面 计算滑坡体沿滑动面向下的滑动力和土体的抗滑 力土坡稳定安全系数=抗滑力/滑动力搜索最小安全系数的滑动面
滑坡的成因是滑动力增大或抗滑力减小。
引起滑动力增大的因素：在坡顶堆载、修建建筑物和车辆行驶，雨水或 地表水渗人使土的重度增加，坡顶竖向裂缝中的水压力、渗透力和地震力对 土坡的作用等。 引起抗滑力减小的原因：土的抗剪强度因含水量增加而下降，孔隙水压 力增大使有效应力和摩擦力减小，坡脚处土体被冲刷或移走等。在进行土坡 稳定分析时应考虑这些因素的影响。
挖方土坡：开挖基坑、路堑和渠道形成的土坡。 填方土坡：填筑堤、坝形成的土坡。
简单土坡：坡底和坡顶水平，并延
伸至无限远的土坡。简单土坡的外 形和各部分名称如图10-l所示。
图10-1 简单土坡
概 述
新滩滑坡
发生地点：湖北，长江 方 量：3000万方 运动速度：10m/s 运动距离：80m
死亡人数：成功预报， 无直接伤亡
抗滑力为W垂直于坡面的分力N乘以摩擦 系数 t g ，设土坡稳定的安全系数为Fs，则
F s
N t g W c o st g t g 抗 滑 力 滑 动 力 T W s i n t g

课程目标
掌握土压力的基本理论及其应用。
理解土坡稳定性的评价方法和加固措施。
提高解决实际工程中土压力与土坡稳定问题的能 力。
CHAPTER
02
土压力的基本概念
土压力的定义
土压力
被动土压力
指土体作用在建筑物或构筑物上的压 力，是建筑物或构筑物与土体之间相 互作用力的合力。
当建筑物或构筑物在外力作用下产生 位移，被动地受土体挤压，此时土体 对建筑物或构筑物的作用力为被动土 压力。
《土压力与土坡稳定》 PPT课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 土压力的基本概念 • 土压力的计算方法 • 土坡稳定分析 • 实际工程中的土压力与土坡稳定问题 • 结论
CHAPTER
01
引言
主题介绍
土压力
主要介绍土压力的基本概念、形成原 理以及分类。
土坡稳定
探讨土坡稳定性的影响因素以及土坡 失稳的机制。
对未来学习的建议
深入研究土力学基础
关注工程实践进展
建议进一步学习土力学基础理论，深入理 解土的物理性质、力学行为和本构关系。
关注国内外相关工程实践，了解最新的技 术发展与应用情况，积累实际工程经验。
加强数值模拟与计算机辅助技术
注重跨学科知识整合
学习并掌握数值模拟软件，如有限元、离 散元等，提高解决复杂问题的能力。
如地震、降雨等外部力量 可能引起土坡失稳。
内部因素
土坡内部应力分布不均、 土质不均等可能导致失稳 。
人为因素
不合理的土地利用、工程 活动等也可能导致土坡失 稳。
土坡稳定的评价标准
稳定性系数
通过计算稳定性系数来评估土坡的稳定性，系数越高稳定性 越好。

0
抗滑力矩 M R c Ac R (3) 安全系数： Fs 滑动力矩 M s Wd
注：（其中 n n l 是未知函数） 当=0（粘土不排水强度）时， c cu
M R cAcR
讨论：
O

1 当 0 时，n 是 l(x,y) 的函数， 无法得到 Fs 的理论解 A d
1）振动：地震、爆破
2）土中水位升、降
3）降雨引起渗流、软化
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
第一节 土的类型与滑坡现象
3 滑坡形式
平移
崩塌
转动流滑Biblioteka 第2节 无粘性土坡的稳定性分析
破坏形式：表面浅层滑动
一、全干或全部淹没的土坡
坡与水平夹角为 砂土内摩擦角为 1）微单元A自重: W=V A N W T R N
2）沿坡滑动力：T W sin
3）对坡面压力：N W cos 4）抗滑力： R Ntg W cos tg
（由于无限土坡两侧作用力抵消） W
抗滑力 R W cos tg 5）抗滑安全系数： Fs tg 滑动力 T W sin tg
第二节 均质无粘性土坡的稳定分析
• 滑动土体呈刚性转动
• 在滑动面上处于极限平衡条件
平衡条件（各力对圆心O的力矩平衡）
O (1) 滑动力矩： R B
C
M s Wd
(2) 抗滑力矩： A
L
d
W
M R f dl R
0
L
0
L (c ntg )dl R cAc R ntgdl R

四、影响土坡稳定性的主要因素
（1）边坡坡角β。坡角β越小愈安全，但是采用较小的坡角β，在工程中会增加挖填方 量，不经济。
（2）坡高H 。H越大越不安全。 （3）土的性质。γ、φ和c大的土坡比、和小的土坡更安全。 （4）地下水的渗透力。当边坡中有地下水渗透时，渗透力与滑动方向相反时，土坡则
更安全；如两者方向相同时，土坡稳定性就会下降。 （5）震动作用的影响。如地震、工程爆破、车辆震动等。 （6）人类活动和生态环境的影响。
2．造成土抗剪强度降低的原因有： （1）冻胀再融化； （2）振动液化； （3）浸水后土的结构崩解； （4）土中含水量增加等。 • 土坡失稳一般多发生在雨天，因为水渗入土中一方面使土中剪应力增加了；另一方
面又使土的抗剪强度降低了，特别是坡顶出现竖向大裂缝时，水进入竖向裂缝对土 坡产生侧向压力，从而导致土坡失稳。因此，土坡产生竖向裂缝常常是土坡失稳的 预兆之一。
• 若假定滑动面是通过坡角A的平面AC，AC的倾角为α，并沿土坡长度方向截取单位长 度进行分析，则其滑动土楔体ABC的重力为：
•
W=பைடு நூலகம்×（△ABC）
• 则沿滑动面向下的滑动力为：
•
T=Wsin α
• 抗滑力为摩擦力，即：
•
T`=Ntanφ=Wcosαtanφ
• 土坡滑动稳定安全系数为：
• 当α=β时，滑动稳定安全系数最小，即
•
§3 粘性土坡稳定分析
• 一、粘性土坡滑动面的形式
• 根据一些实测的资料，粘性土坡的滑动面常常为曲面。土坡滑动前一般在坡顶先产 生张力裂缝，继而沿某一曲面产生整体滑动。为便于理论分析，可以近似地假设滑 动面为一圆弧面。
• 圆弧滑动面的形式一般有下述三种：

ห้องสมุดไป่ตู้
费伦纽斯法
泰勒分析法
泰勒经过大量计算分析后提出：
1
当φ>3°时，滑动 面为坡脚圆，其最 危险滑动面圆心的 位置，可根据φ及β 角值，从后图的曲 线查得θ和α值，作 图求得。
2
当φ=0°，且 β>53°时，滑动面 也是坡脚圆，其最 危险滑动面圆心位 置，同样可以从后 图的θ和α值，作图 求得。
泰勒分析法
个面是水平且坡面为平面。
条分法：适用于非均质土坡、
B
土坡外形复杂、土坡部分在水
下等情况。
瑞典条分法基本原理
条分法就是将圆弧滑动体分成若干 竖直的土条，计算各土条对圆弧圆 心O的抗滑力矩与滑动力矩，由抗 滑力矩与滑动力矩之比(稳定安全系 数)来判别土坡的稳定性。这时需要 选择多个滑动圆心，分别计算相应 的安全系数，其中最小的安全系数 对应的滑动面为最危险的滑动圆。
粘性土的土坡稳定分析
圆弧滑动面通过坡脚点，称为坡脚圆； 圆弧滑动面通过坡面上的点，称为坡面圆； 圆弧滑动面通过坡脚以外的点，称为中心圆。 均质粘性土的土坡失稳破坏时，其滑动面常常 是曲面，通常可以近似地假定为圆弧滑动面，一般 有以下三种形式：
圆弧滑动面分析方法
整体稳定分析法：主要适用于
A
均质简单土坡，即土坡上下两
瑞典条分法分析步骤
(1)按比例绘出土坡截面图（右图）； (2)任意一点O作为圆心，以O点至坡脚A作为半径r， 作滑弧面AC； (3)将滑动面以上土体竖直分成几个等宽土条，土条宽 为0.1r； (4)按图示比例计算各土条的重力Gi, 滑动面ab近似取 直线，ab直线与水平面夹角为βi；分别计算Gi在ab面 上法向分力和切向分力: 土条两侧面上的法向力、切向力相互平衡抵消(由此引 起的误差一般在10%～15%)，可以不计。

第十章 土坡和地基的稳定性
主要内容 §10.2 无粘性土坡的稳定性 §10.3 粘性土坡的稳定性 §10.4土坡稳定性的影响因素有关问题
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
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
§10.2 无粘性土坡的稳定性
H TR R fili R i tani ci li
R (Wi cosi tani cili )
6.确定安全系数
Fs
T R TR
Wi
cos itgi Wi sin i
cili
条分法是一种试算法，应选取 不同圆心位置和不同半径进行 计算，求最小的安全系数
三、例题分析
【例】某土坡如图所示。已知土坡高度H=擦角 =12°， 粘聚力c =16.7kPa。试用条分法验算土坡的稳定安全系
一、一般情况下的无粘性土土坡
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
T
T N
W
土坡整 体稳定
只要位于坡面上的土单 T>T
元体能够保持稳定，则
整个坡面就是稳定的
单元体 稳定
T
T N
W
稳定条件：T>T
T W sin N W cos
砂土的内 摩擦角
T ' N tan T ' W cos tan
数
分析:
①按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧 ②将滑动土体分成若干土条，对土条编号 ③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 ④对圆心O选不同半径，得到O对应的最小安全系数； ⑤在可能滑动范围内，选取其它圆心O1，O2，O3，…，重复 上述计算，求出最小安全系数，即为该土坡的稳定安全系数

单元受力分析
抗滑力
Ff=FNtan=Fwcostan
9
土坡稳定系数
定义：抗滑力（Ff）与下滑力（F）之比。
Fs
Ff F

Fw cos tan tan Fw sin tan
自然休止角或安息 角
讨论：
（2）当 时，即：Fs>l，土坡处于稳定状态；
N i'
T fi
fili
Fs

cili tani N i Fs Fs
c' l 1 (Wi X i ui li cos i i i sin i ) mi Fs
mi cos i (1 tani tan i ) Fs
20
然后就整个滑动土体对圆心O求力矩平衡，此时相邻土条之间侧壁作用力的 力矩将相互抵消，而各土条的Ni及uili的作用线均通过圆心，故有：
（2）对已有边坡的稳定性进行评价。（如：地质灾害评估）
在工程实践中，土坡稳定性分析方法主要有：
（1）极限平衡法；（2）数值分析方法；（3）概率分析方法
8
二、无粘性土土坡稳定分析
由粗粒土所堆筑的土坡称为无粘性土坡 （1） 无渗透力作用（全干或全部淹没的土坡）
海底边 坡
自重：Fw 下滑力： F=Fwsin
Wi cos i tan i ci ) (li 1.0) R R(Wi cos i tan i ci li ) li n (Wi cos i t ani li ci ) Mr 整个土坡相应于滑动面AD的稳定性系数为： Fs i 1 n Ms Wi sin i 17 M r i Si R (
切坡、地下水活动或地震等因素的影响，使部分土体或岩体在重力作用 下，沿一定的软弱面或带、整体、缓慢、间歇性、以水平位移为主的变

范》规定，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长 b ≤3m时，基础底面外边缘线至坡顶边缘线的水 平距离a ≥2.5m，且符合下式要求，则基础所引 起的附加应力不影响土坡的稳定性
条形基础 a 3.5b d
tan
矩形基础 a 2.5b d
tan
边坡有危岩、孤石、崩塌体等 不稳定的迹象时要先做妥善 处理。对软土土坡和极易风 化的软质岩石边坡，开挖后 应对坡脚、坡面采取喷浆、 抹面、嵌补、砌石等保护措 施，并作好坡顶、坡脚排水。
必要时尚应采取防渗措施。
▪ 2. 支挡：根据滑坡推力的大小、方向及作用点，可选
用重力式抗滑挡墙、阻滑桩及其他抗滑结构。
▪ 3. 卸载：在保证卸载区上方及两侧岩土稳定的情况下，
可在滑体主动区卸载，但不得在滑体被动区卸载；
4. 反压：在滑体的阻滑区段增加竖向荷载以提高滑体
的阻滑安全系数。
三、土坡坡顶建（构）筑物地基稳定性 位于稳定土坡坡顶上的建筑，《建筑地基规
2、人工土坡：由人工开挖或回填形成的土坡。
¤ 挖方：沟、渠、坑、池
露 天 矿
¤填方：堤、坝、路基、堆料 小浪底土石坝
土坡稳定性是土木工程建设中十分重要的问题，如何 进行土坡稳定性分析？在工程中该如何合理设计边坡 才达到经济及安全的要求？
滑坡：指土坡在土体自重及
外荷载作用下，一定范围内的土 体整体地沿某一滑动面向下 和向外滑动而丧失其稳定性
粘性土
坚硬
1：0.75~1：1.00 1：1.00~1：25
硬塑
1：100~1：1.25 1：1.25~1：1.5
▪
二、滑坡防治：
▪ 必须根据工程地质、水文地质条件以及施工影响等因素， 认真分析滑坡可能发生或发展的主原因，可采取下列防治 滑坡的处理措施：

T+ΔT
Δ S=τ Δ l
Δ N=σ Δ l
α
Δ li
Janbu 法 土条的受力分析
简布（Janbu）普遍条分法
τ
= f
F

ce
(q
W x
t
u)
tan e
1 tane tan
土 条 基
本
-
方
)
Δ
E=Δ
Q+(q+ W x
t)Δ
xtan
.τ
Δ x(1+tan2
M
孔隙压力分布曲线
等势线
简化Bishop计算公式
不考虑渗流
Fs
1 m i
(cili
cosi
Wi
tani )
Wi sini
O Ti
xi
Ei hi
bi
uili
R
Wi
N'i
Wi Ei+1
Xi-Xi+1 Wi
Ei-Xi+1
Ni
•
li
简化Bishop计算公式
考虑渗流容重替代法
Fs
陈祖煜(通用)条分法
静力平衡微分方程 对土条建立x和y方向的静力平衡方程：
N sin T cos Q G cos 0
N cos T sin (W qx) G sin 0
应用莫尔-库伦条件
Δ T=c′eΔ xsec +(Δ N—uΔ xsec )tanφ ′ tan =dy/dx
dW φd′cex－os( )

陈祖煜(通用)条分法
将作用在土条上的力对土条底中点取矩， 建立力矩平衡方程 ：