土6边坡稳定.ppt

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1、第七章第七章 边坡稳定分边坡稳定分析析问题：什么是边坡？什么是边坡？边坡会出现什么问题？边坡会出现什么问题？你了解你了解滑坡滑坡吗？吗？?四川省涪陵小西坝滑坡 1998年，发生滑坡使楼和公路下滑10米（图中右侧，左则可见原路基），滑坡体积约2万方。湖北省巴东白岩沟滑坡山西阳曲县城郊黄土坍塌，破坏国道，威胁阳曲县城事故案例事故案例：1972年年7月，香港地区发生一次大滑坡，数万月，香港地区发生一次大滑坡，数万m3的残的残积土从山坡上下滑，土体滑动的巨大冲击力正好通积土从山坡上下滑，土体滑动的巨大冲击力正好通过一幢高层住宅宝城大厦，顷刻之间，宝城大厦过一幢高层住宅宝城大厦，顷刻之间，宝城大厦被冲毁

2、倒塌。由于当地建筑之间的净距很小，以致被冲毁倒塌。由于当地建筑之间的净距很小，以致在宝城大厦冲倒之际，砸毁邻近一幢大楼一角，约在宝城大厦冲倒之际，砸毁邻近一幢大楼一角，约五层住宅。五层住宅。事故案例事故案例：香港1900年建市，1977年成立土力工程署港岛1972 Po Shan 滑坡(20,000 m3)(67 死、20 伤)香港宝城滑坡 滑坡造成的破坏 事故案例事故案例：宝城大厦居住住户为金城银行等银行界人士，在大宝城大厦居住住户为金城银行等银行界人士，在大厦冲毁时早晨厦冲毁时早晨7点钟，人们都在睡梦中，当场死亡点钟，人们都在睡梦中，当场死亡120人这一重大的伤亡事故，引起世界极大的震惊人

3、这一重大的伤亡事故，引起世界极大的震惊。事故原因分析：事故原因分析：山坡土质差：山坡土质差：当地为花岗岩的残积土，强度低，渗当地为花岗岩的残积土，强度低，渗透性大；透性大；当地下暴雨：当地下暴雨：6月雨量高达月雨量高达1658.6mm，为历史上罕见；，为历史上罕见；暴雨持续时间长，使雨水渗入残积土内部相当深；暴雨持续时间长，使雨水渗入残积土内部相当深；当暴雨雨水大量渗入山坡残积土中时，使残积土强度当暴雨雨水大量渗入山坡残积土中时，使残积土强度大大降低，使土体滑动力超过土的强度，于是山坡大大降低，使土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。土体发生滑动。基坑的倒塌2008年年5月月31日航拍

4、，日航拍，汶川县的山体在滑坡汶川县的山体在滑坡唐家山堰塞湖是汶川大地震后形成的最大堰塞湖，地震后唐家山堰塞湖是汶川大地震后形成的最大堰塞湖，地震后山体滑坡，阻塞河道形成的唐家坝堰塞湖位于涧河上游距北川山体滑坡，阻塞河道形成的唐家坝堰塞湖位于涧河上游距北川县城约县城约6公里处，是北川灾区面积最大、危险最大的一个堰塞公里处，是北川灾区面积最大、危险最大的一个堰塞湖。库容为湖。库容为1.45亿立方米。坝体顺河长约亿立方米。坝体顺河长约803米，横河最大宽米，横河最大宽约约611米，顶部面积约米，顶部面积约30万平方米，由石头和山坡风化土组成，万平方米，由石头和山坡风化土组成，湖上游集雨面积湖上游集雨

5、面积3550平方公里。平方公里。堰塞湖简介：堰塞湖简介：堰塞湖堰塞湖，是由于地震而，是由于地震而造成的山体滑坡，堵截河谷造成的山体滑坡，堵截河谷或河床后贮水而形成的湖泊。或河床后贮水而形成的湖泊。如果遇到强余震、暴雨，可如果遇到强余震、暴雨，可能会发生溃坝，对下游百姓能会发生溃坝，对下游百姓的生命财产造成威胁。同时，的生命财产造成威胁。同时，由于堰塞湖水位不断上升，由于堰塞湖水位不断上升，也会对上游造成淹没的危险。也会对上游造成淹没的危险。边坡指的是天然的山坡和由于平整场地或开挖基坑边坡指的是天然的山坡和由于平整场地或开挖基坑而形成的人工斜坡。而形成的人工斜坡。在土建施工中，由于填土、挖土，常

6、会形成有相当在土建施工中，由于填土、挖土，常会形成有相当高差的土坡。如果土坡太陡，很容易发生塌方或滑高差的土坡。如果土坡太陡，很容易发生塌方或滑坡；而土坡太缓，则又会增加许多土方施工量、或坡；而土坡太缓，则又会增加许多土方施工量、或超出建筑界线、或影响建筑物的使用安全。所以边超出建筑界线、或影响建筑物的使用安全。所以边坡稳定在工程实践中也是非常重要和实际的问题。坡稳定在工程实践中也是非常重要和实际的问题。边坡稳定分析与土压力计算同样都是土力学中的稳边坡稳定分析与土压力计算同样都是土力学中的稳定问题。定问题。边坡失稳是一部分土体相对于另一部分土体向下后边坡失稳是一部分土体相对于另一部分土体向下后

7、向外发生滑动而造成土体破坏，一般称为滑坡或土向外发生滑动而造成土体破坏，一般称为滑坡或土坡破坏。这种破坏实质是土体发生了剪切破坏。坡破坏。这种破坏实质是土体发生了剪切破坏。一、影响边坡稳定的因素一、影响边坡稳定的因素坡脚坡脚坡面坡面坡顶坡顶滑动面滑动面粘性土土坡粘性土土坡滑动面滑动面无粘性土土坡无粘性土土坡其破坏的主要原因是以下两个方面：其破坏的主要原因是以下两个方面：（1）土中切应力的增加）土中切应力的增加 土坡作用力发生变化：坡顶上堆载、车辆行驶、开土坡作用力发生变化：坡顶上堆载、车辆行驶、开挖爆破、打桩、地震等动力扰动而改变了土中原有挖爆破、打桩、地震等动力扰动而改变了土中原有的平衡状态

8、。的平衡状态。静力水的作用：雨水使土的含水量增大，自重压力静力水的作用：雨水使土的含水量增大，自重压力增加；裂隙中的静水压力使土中切应力增加或改变增加；裂隙中的静水压力使土中切应力增加或改变土中原有应力状态。土中原有应力状态。水在土中按一定坡度渗流时产生动水力。水在土中按一定坡度渗流时产生动水力。（2）土中抗剪强度的降低）土中抗剪强度的降低 气候变化使土干裂、冻胀，因降雨、蓄水使土的含气候变化使土干裂、冻胀，因降雨、蓄水使土的含水量增多或超静水压力的增加；水量增多或超静水压力的增加；振动使饱和细砂、粉砂液化等都会使土的强度降低。振动使饱和细砂、粉砂液化等都会使土的强度降低。边坡设计应保护和整治

9、边坡环境，边坡水应因势利边坡设计应保护和整治边坡环境，边坡水应因势利导，设置排水设施。对于稳定的边坡，应采取保护导，设置排水设施。对于稳定的边坡，应采取保护及营造植被的防护措施。及营造植被的防护措施。建筑物的布局应依山就势，防止大挖大填。场地平建筑物的布局应依山就势，防止大挖大填。场地平整时，应采取确保周边建筑物安全的施工顺序和工整时，应采取确保周边建筑物安全的施工顺序和工作方法。由于平整场地而出现的新边坡，应及时进作方法。由于平整场地而出现的新边坡，应及时进行支挡或改造防护。行支挡或改造防护。边坡工程设计前，应进行详细的工程地质勘察，并边坡工程设计前，应进行详细的工程地质勘察，并应对边坡的稳

10、定性做出准确的评价；对周围环境的应对边坡的稳定性做出准确的评价；对周围环境的危害性做出预测；对岩石边坡的结构面调查清楚，危害性做出预测；对岩石边坡的结构面调查清楚，指出主要结构面的所在位置；提供边坡设计所需要指出主要结构面的所在位置；提供边坡设计所需要的各项参数。的各项参数。二、边坡设计原则二、边坡设计原则 边坡的支挡结构应进行排水设计。对于可以向坡外边坡的支挡结构应进行排水设计。对于可以向坡外排水的支挡结构，应在支挡结构上设置排水孔。排水的支挡结构，应在支挡结构上设置排水孔。支挡结构后面的填土，应选择透水性强的填料。当支挡结构后面的填土，应选择透水性强的填料。当采用粘性土作填料时，宜掺入适量

11、的碎石。在季节采用粘性土作填料时，宜掺入适量的碎石。在季节性冻土地区，应选择炉渣、碎石、粗砂等非冻胀性性冻土地区，应选择炉渣、碎石、粗砂等非冻胀性填料。填料。二、边坡设计原则二、边坡设计原则 在山坡整体稳定的条件下，土质边坡的开挖应符合在山坡整体稳定的条件下，土质边坡的开挖应符合下列规定：下列规定：边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度确定。当土质良好且均匀、无不良地层的稳定坡度确定。当土质良好且均匀、无不良地质现象、地下水不丰富时，质现象、地下水不丰富时，可参照表可参照表63确定。确定。土质边坡开挖时，应采取排水措施，边坡的顶部应

12、土质边坡开挖时，应采取排水措施，边坡的顶部应设置截水沟。在任何情况下不允许在坡脚及坡面上设置截水沟。在任何情况下不允许在坡脚及坡面上积水。积水。边坡开挖时，应由上往下开挖，依次进行。弃土应边坡开挖时，应由上往下开挖，依次进行。弃土应分散处理，不得将弃土堆积在坡顶及坡面上。当必分散处理，不得将弃土堆积在坡顶及坡面上。当必须在坡顶或坡面上设置弃土转运站时，应进行坡体须在坡顶或坡面上设置弃土转运站时，应进行坡体稳定性验算，严格控制堆栈的土方量。稳定性验算，严格控制堆栈的土方量。边坡开挖后，应及时对边坡进行防护处理。边坡开挖后，应及时对边坡进行防护处理。三、边坡开挖规定三、边坡开挖规定 所谓简单土坡系

13、指土坡的顶面和底面都是水平的，所谓简单土坡系指土坡的顶面和底面都是水平的，并伸至无穷远，土坡由均质土所组成，简单土坡各并伸至无穷远，土坡由均质土所组成，简单土坡各部位名称见下图：部位名称见下图：四、简单土坡的稳定分析四、简单土坡的稳定分析坡脚坡脚坡面坡面坡顶坡顶坡角坡角坡高坡高坡底坡底坡肩坡肩 在无粘性土土坡中，由于该类土在无粘性土土坡中，由于该类土c=0，只有摩擦力。，只有摩擦力。因此，只要位于坡面上的各土粒能保持稳定状态不因此，只要位于坡面上的各土粒能保持稳定状态不下滑，则该土坡就处于稳定状态。下滑，则该土坡就处于稳定状态。现假设有一坡角为现假设有一坡角为 的无粘性土土坡，砂土的内摩擦的无

14、粘性土土坡，砂土的内摩擦角为角为。在坡面上取一土粒，其重力为。在坡面上取一土粒，其重力为W，则，则无粘性土土坡稳定性分析无粘性土土坡稳定性分析坡角WTNN=Wcos T=Wsin 分力分力T将使土粒向下滑动，将使土粒向下滑动，是滑动力。而阻止土粒下滑是滑动力。而阻止土粒下滑的力则是由的力则是由N所引起的摩擦所引起的摩擦力力T（沿坡面向上）（沿坡面向上）T=Ntan =Wcos tan 抗滑力与滑动力的比值称为稳定性系数，用抗滑力与滑动力的比值称为稳定性系数，用K 表示：表示：无粘性土土坡稳定性分析无粘性土土坡稳定性分析坡角WTNN=Wcos T=Wsin 分力分力T将使土粒向下滑动，将使土粒向

15、下滑动，是滑动力。而阻止土粒下滑是滑动力。而阻止土粒下滑的力则是由的力则是由N所引起的摩擦所引起的摩擦力力T（沿坡面向上）（沿坡面向上）T=Ntan =Wcos tan tantansintancos=WWTTK 抗滑力与滑动力的比值称为稳定性系数，用抗滑力与滑动力的比值称为稳定性系数，用K 表示：表示：无粘性土土坡稳定性分析无粘性土土坡稳定性分析坡角WTN由公式可见，当由公式可见，当 时，时，K=1,此时土坡处于极限平衡状态。此时土坡处于极限平衡状态。即土的内摩擦角即土的内摩擦角 为天然休止角；为天然休止角；土坡是否稳定仅取决于坡角土坡是否稳定仅取决于坡角，只要只要 1)土坡就稳定，而土坡就

16、稳定，而且与坡高无关。且与坡高无关。为了保证土坡有足够的安全储为了保证土坡有足够的安全储备，备，可取可取K=1.11.5。tantansintancos=WWTTK 均质粘性土坡发生滑动时，其滑动面形状大多数为均质粘性土坡发生滑动时，其滑动面形状大多数为一近似于圆弧面的曲面。为了简化，在进行理论分一近似于圆弧面的曲面。为了简化，在进行理论分析时通常用圆弧面计算。析时通常用圆弧面计算。粘性土坡稳定性分析的常用方法有：瑞典圆弧法粘性土坡稳定性分析的常用方法有：瑞典圆弧法（彼得森、费伦纽斯）、稳定数法（泰勒）以及条（彼得森、费伦纽斯）、稳定数法（泰勒）以及条分法（太沙基、毕肖普）等。分法（太沙基、毕

17、肖普）等。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)瑞典工程师费伦纽斯在瑞典工程师费伦纽斯在1922年提出的圆弧滑动条分法可年提出的圆弧滑动条分法可以计算粘性土坡的稳定性。以计算粘性土坡的稳定性。1、基本假定、基本假定 土坡是沿着最危险的圆弧面破坏。土坡是沿着最危险的圆弧面破坏。当当 3时，最危险圆弧面通过坡脚。时，最危险圆弧面通过坡脚。忽略作用在土条两边的侧向力。忽略作用在土条两边的侧向力。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)abcBioRAC i iWiTiNiabcBPiPi+1DiDi+12、基本原理、基本原理 将圆弧滑

18、动体分成若干竖直的土条。将圆弧滑动体分成若干竖直的土条。计算各土条对弧心的抗滑动力矩和滑动力矩。计算各土条对弧心的抗滑动力矩和滑动力矩。计算土坡总抗滑力矩和总滑动力矩之比计算土坡总抗滑力矩和总滑动力矩之比K。选几个可能的滑动面，分别计算相应的选几个可能的滑动面，分别计算相应的K，其中，其中Kmin所对应的滑动面就是最危险的滑动面，要求所对应的滑动面就是最危险的滑动面，要求Kmin=1.31.5。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)3、具体步骤、具体步骤 将土坡按比例绘出剖面图。将土坡按比例绘出剖面图。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆

19、弧滑动条分法)BAC3、具体步骤、具体步骤 任选一点任选一点O作为圆心，半径为作为圆心，半径为R，过坡脚，过坡脚A作假设滑作假设滑动圆弧面动圆弧面AC。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)BoRAC3、具体步骤、具体步骤 将滑动土体将滑动土体ABC分成若干宽度相同的竖直土条。分成若干宽度相同的竖直土条。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)BRAC3、具体步骤、具体步骤 取第取第i土条进行受力分析。土条进行受力分析。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)abcBioRAC i iWiTiNi

20、abcBPiPi+1DiDi+13、具体步骤、具体步骤 计算每一土条（如第计算每一土条（如第i条条）的重量）的重量Wi，Wi在在ab面上的面上的法向分力法向分力Ni和切向力和切向力Ti为：为：粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)abcBioRACiiWiTiNiabcBPiPi+1DiDi+1Ni=Wicos iTi=Wisin i3、具体步骤、具体步骤 求各土条对圆心求各土条对圆心O的滑动力矩，忽略土条两侧的力。的滑动力矩，忽略土条两侧的力。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)abcBioRACiiWiTiNiabcBi

21、niiniiWRRTMsin=113、具体步骤、具体步骤 求各土条圆心求各土条圆心O的抗滑力矩，抗滑力矩由两部分组成：的抗滑力矩，抗滑力矩由两部分组成：一是由一是由N引起的摩阻力；二是由凝聚力引起的摩阻力；二是由凝聚力c产生的抗滑产生的抗滑力：力：粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)abcBioRACiiWiTiNiabcB)tan(ACniicLNRM+=13、具体步骤、具体步骤 求抗滑力矩与滑动力矩之比求抗滑力矩与滑动力矩之比：粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)1111(tancostancossinsinnniiA

22、CiiACiinniiiiiiRWcLWcLMKMRWW式中式中 土的内摩擦角；土的内摩擦角；第第i条土条土ab弧面的侧角；弧面的侧角；LAC圆弧面圆弧面AC的长度，的长度，=niiAClL1Li第第i条土条土ab弧面的长度。弧面的长度。选几个滑动面的圆心，分别算出对应的选几个滑动面的圆心，分别算出对应的K，其中最小，其中最小的的K所对应的滑动面为最危险滑动面。工程上常取所对应的滑动面为最危险滑动面。工程上常取Kmin=1.11.5。圆弧滑动条分法概念清楚，方法简单，是较常用的圆弧滑动条分法概念清楚，方法简单，是较常用的土坡稳定性计算方法。随着计算技术的发展，目前土坡稳定性计算方法。随着计算技

23、术的发展，目前已编制成程序计算计算，非常方便。已编制成程序计算计算，非常方便。粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)3、具体步骤、具体步骤作图法求最危险滑动面圆心的位置：作图法求最危险滑动面圆心的位置：粘性土土坡稳定性分析粘性土土坡稳定性分析(圆弧滑动条分法圆弧滑动条分法)BA 1 2HH4.5HDK值曲线值曲线K曲线曲线KminE 土坡稳定有何实际意义？影响土坡稳定的因素有哪土坡稳定有何实际意义？影响土坡稳定的因素有哪些？如何防止土坡滑动？些？如何防止土坡滑动？土坡稳定分析的条分法原理是什么？如何确定最危土坡稳定分析的条分法原理是什么？如何确定最危险圆弧滑动面？险圆弧滑动面？课后作业：课后作业：