第三讲边坡稳定性计算全过程

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1、 B B喷射素混凝土防护喷射素混凝土防护 对于稳定性较好的岩质边坡，可在其对于稳定性较好的岩质边坡，可在其表面喷射一层素混凝土，防止岩石继表面喷射一层素混凝土，防止岩石继续风化、剥落，达到稳定边坡的目的。续风化、剥落，达到稳定边坡的目的。这是一种表层防护处治措施。这是一种表层防护处治措施。 C C挂网锚喷防护挂网锚喷防护 对于软质岩石边坡或石质坚硬但稳对于软质岩石边坡或石质坚硬但稳定性较差的岩质边坡，可采用挂网定性较差的岩质边坡，可采用挂网锚喷防护。挂网锚喷是在边坡坡面锚喷防护。挂网锚喷是在边坡坡面上铺设钢筋网或土工塑料网等，向上铺设钢筋网或土工塑料网等，向坡体内打入锚杆（或锚钉）将网钩坡体内

2、打入锚杆（或锚钉）将网钩牢，向网上喷射一定厚度的素混凝牢，向网上喷射一定厚度的素混凝土，对边坡进行封闭防护。土，对边坡进行封闭防护。 5 5排水排水 1 1）截水沟）截水沟 为防止边坡以外的水流进入边坡体，对为防止边坡以外的水流进入边坡体，对坡面进行冲刷，影响边坡稳定性，通常坡面进行冲刷，影响边坡稳定性，通常在边坡外缘设置截水沟，以拦截坡外水在边坡外缘设置截水沟，以拦截坡外水流。流。 2 2）坡内排水沟）坡内排水沟 除在边坡外缘设置截水沟外，在边坡坡除在边坡外缘设置截水沟外，在边坡坡体内应设置必要的排水沟，使大气降水体内应设置必要的排水沟，使大气降水能尽快排出坡体，避免对边坡稳定产生能尽快排出

3、坡体，避免对边坡稳定产生不利影响。不利影响。 二、边坡设计的基本原则二、边坡设计的基本原则 1 1边坡工程中极限状态设计原则边坡工程中极限状态设计原则 边坡设计要解决的根本问题是在边坡稳边坡设计要解决的根本问题是在边坡稳定和经济之间选择一种合理的平衡，力定和经济之间选择一种合理的平衡，力求以最经济的途径使服务于工程建筑物求以最经济的途径使服务于工程建筑物的边坡满足稳定性和可靠性的要求。边的边坡满足稳定性和可靠性的要求。边坡工程的可靠性是指边坡及其支护结构坡工程的可靠性是指边坡及其支护结构在规定的时间内，在规定的条件下，保在规定的时间内，在规定的条件下，保持自身的稳定的能力，它是边坡安全性持自身

4、的稳定的能力，它是边坡安全性适用性和耐久性的总称。适用性和耐久性的总称。 2 2边坡设计中的荷载效应原则边坡设计中的荷载效应原则 在边坡稳定性分析与推力计算中涉及到的主在边坡稳定性分析与推力计算中涉及到的主要荷载有：边坡岩土体的自重、边坡上各种要荷载有：边坡岩土体的自重、边坡上各种建筑物产生的附加荷载，地下水产生的诸如建筑物产生的附加荷载，地下水产生的诸如静水压力、渗透压力等荷载、地震荷载。根静水压力、渗透压力等荷载、地震荷载。根据结构设计原理有：永久荷载、可变荷载和据结构设计原理有：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。各种荷载的取值应根据不同极限偶然荷载。各种荷载的取值应根据不同极限状态的设计要求

5、取不同的代表值，永久荷载状态的设计要求取不同的代表值，永久荷载一般以其标准值作为代表值，可变荷载一般一般以其标准值作为代表值，可变荷载一般以其标准值、组合值、准永久值作为代表值。以其标准值、组合值、准永久值作为代表值。各种荷载效应组合应根据有关国家现行规范，各种荷载效应组合应根据有关国家现行规范，按最不利原则进行。按最不利原则进行。 3 3边坡工程设计中的设计计算原则边坡工程设计中的设计计算原则 在边坡工程设计中必须进行下列验算：在边坡工程设计中必须进行下列验算： 1 1）支护结构强度计算，包括：锚杆抗）支护结构强度计算，包括：锚杆抗拉，立柱、挡板、挡墙及其基础的抗拉，立柱、挡板、挡墙及其基础

6、的抗压、抗弯、抗剪及局部抗压承载力均压、抗弯、抗剪及局部抗压承载力均应满足要求。应满足要求。 2 2）在锚杆挡墙设计中必须钷杆抗拔承）在锚杆挡墙设计中必须钷杆抗拔承载力和立柱与挡墙基础的地基承载力载力和立柱与挡墙基础的地基承载力验算。验算。 3 3）当边坡位于滑坡地段或边坡的滑塌）当边坡位于滑坡地段或边坡的滑塌可能影响到周围建筑物时，应对边坡可能影响到周围建筑物时，应对边坡工程进行支护结构整体或局部稳定性工程进行支护结构整体或局部稳定性验算。验算。 4 4）如果对边坡的变形有较高的要求时，）如果对边坡的变形有较高的要求时，应对边坡进行变形分析，并根据分析应对边坡进行变形分析，并根据分析结果采取

7、有效的措施控制变形量，使结果采取有效的措施控制变形量，使之满足规定要求。之满足规定要求。 4 4边坡工程设计中信息化设计原则边坡工程设计中信息化设计原则 5 5边坡工程设计中综合治理原则边坡工程设计中综合治理原则 三、边坡处治方案比选三、边坡处治方案比选 边坡处治方案主要取决于：地层的工边坡处治方案主要取决于：地层的工程性质、水文地质条件、荷载的特性、程性质、水文地质条件、荷载的特性、使用要求、原材料供应及施工技术条使用要求、原材料供应及施工技术条件等因素。件等因素。 方案选择原则：力争作到使用上安全方案选择原则：力争作到使用上安全可靠、施工技术上简便可行、经济上可靠、施工技术上简便可行、经济

8、上合理。合理。 四、边坡处治设计程序四、边坡处治设计程序 边坡工程处治设计是在地质勘察分析的基边坡工程处治设计是在地质勘察分析的基础上，通过对边坡的稳定性进行分析计算础上，通过对边坡的稳定性进行分析计算后，绘出控制不稳定边坡的具体方案的措后，绘出控制不稳定边坡的具体方案的措施的技术工作。其步骤：施的技术工作。其步骤： 1 1现场考察并分析边坡工程地质勘察资料。现场考察并分析边坡工程地质勘察资料。 2 2在现场考察并分析边坡工程地质勘察资在现场考察并分析边坡工程地质勘察资料的基础上，初步判断边坡的稳定状态，料的基础上，初步判断边坡的稳定状态，并根据边坡服务的工程情况和相关规范规并根据边坡服务的工

9、程情况和相关规范规定，确定边坡和稳定性系数。定，确定边坡和稳定性系数。 3 3参照资料，对边坡的稳定性进行分析计参照资料，对边坡的稳定性进行分析计算，对于大型复杂的边坡，往往还要辅以算，对于大型复杂的边坡，往往还要辅以必要的数值分析；分析过程中可以采用反必要的数值分析；分析过程中可以采用反分析法对滑动面及滑动面参数进行分析计分析法对滑动面及滑动面参数进行分析计算，同时研究边坡稳定性对各影响参数的算，同时研究边坡稳定性对各影响参数的敏感性。敏感性。 4 4分析边坡稳定性满足规定要求时的各种分析边坡稳定性满足规定要求时的各种荷载效应，为劫掠惯构的计算作好准备。荷载效应，为劫掠惯构的计算作好准备。

10、5 5按照边坡设计原则，拟定边坡处治方案。按照边坡设计原则，拟定边坡处治方案。并进行各种方案对比，选择最优方案并进行各种方案对比，选择最优方案 6 6进行支护结构的设计计算。进行支护结构的设计计算。 7 7对边却步及支护结构进行局部和整对边却步及支护结构进行局部和整体稳定性验算。体稳定性验算。 8 8编制并出版设计图纸文件。编制并出版设计图纸文件。 9 9结合边坡设计制定施工、监测方案。结合边坡设计制定施工、监测方案。 1010在施工过程中，根据施工及监测在施工过程中，根据施工及监测的反馈信息不断对设计进行补充、优的反馈信息不断对设计进行补充、优化和完善。化和完善。第一章第一章 边坡稳定性分析

11、方法边坡稳定性分析方法 边坡处治，首先要进行稳定性分析。边坡边坡处治，首先要进行稳定性分析。边坡稳定性分析方法有定性分析和定量分析。稳定性分析方法有定性分析和定量分析。 定性分析主要有：工程地质类比法定性分析主要有：工程地质类比法 工程地质类比法边坡稳定性定性分析是在工程地质类比法边坡稳定性定性分析是在大量搜集边坡及所在地区的地质资料的基大量搜集边坡及所在地区的地质资料的基础上，综合考虑影响边坡稳定的各种因素，础上，综合考虑影响边坡稳定的各种因素，通过工程地质类比法或图解分析法对边坡通过工程地质类比法或图解分析法对边坡的稳定状况和发展趋势做作出估计和预测。的稳定状况和发展趋势做作出估计和预测。

12、 边坡稳定性定量分析方法很多，目前边坡稳定性定量分析方法很多，目前在工程中广泛用的是传统极限平衡理在工程中广泛用的是传统极限平衡理论。近几年，基于有同的力学模型而论。近几年，基于有同的力学模型而建立起平的各种数值分析计算方法也建立起平的各种数值分析计算方法也越来越受到工程界的重视。越来越受到工程界的重视。 一般来说不同的边坡类型，不同的分一般来说不同的边坡类型，不同的分析目的以及析目的以及 可获取的基本资料情况，可获取的基本资料情况，应采用与之相适应的计算理论和稳定应采用与之相适应的计算理论和稳定分析方法。分析方法。 1 11 1 边坡稳定性定性分析边坡稳定性定性分析 一、边坡稳定性概念一、边

13、坡稳定性概念 19551955年毕普明确了土坡稳定安全系数年毕普明确了土坡稳定安全系数的定义的定义: :fSF 沿整个滑裂面上的平均抗剪强度；沿整个滑裂面上的平均抗剪强度； 沿整个滑裂面上的平均剪应力；沿整个滑裂面上的平均剪应力； 边坡稳定安全系数。边坡稳定安全系数。 1 1，稳定，稳定 1 1失稳失稳 1 1临界状态。临界状态。 毕肖普的土坡稳定安全系数物理意义明确，毕肖普的土坡稳定安全系数物理意义明确，概念清楚，表达简洁，应用广泛，在边坡概念清楚，表达简洁，应用广泛，在边坡工程处治中也得到广泛应用。工程处治中也得到广泛应用。 fSF：SFSFSF 问题：问题：1 1）如何寻求滑裂面）如何寻

14、求滑裂面 2 2）如何寻求滑裂面上的平）如何寻求滑裂面上的平均抗剪强度均抗剪强度 3 3）如何寻求滑裂面上的平）如何寻求滑裂面上的平均剪应力。均剪应力。 二、基本规定二、基本规定 1 1应进行稳定性评价的边坡：应进行稳定性评价的边坡： 1 1）选用建筑场地的自然斜坡；）选用建筑场地的自然斜坡； 2 2）由于开挖或填筑形成并需要进行稳）由于开挖或填筑形成并需要进行稳定性验算的边坡；定性验算的边坡； 3 3）施工期出现不利工况的边坡；）施工期出现不利工况的边坡； 4 4）使用条件发生变化的边坡。）使用条件发生变化的边坡。 2 2确定岩质边坡的岩体类型应考虑主确定岩质边坡的岩体类型应考虑主要结构面志

15、坡向的关系、结构面倾角要结构面志坡向的关系、结构面倾角大小和岩体完整程度等因素。大小和岩体完整程度等因素。 3.3.确定岩质边坡的岩体类型时确定岩质边坡的岩体类型时, ,由坚硬由坚硬程度不同的岩岩互层组成且每层厚度程度不同的岩岩互层组成且每层厚度小于小于5m5m的岩质边坡宜视为由相对软弱的岩质边坡宜视为由相对软弱的岩石组成的边坡。当边坡岩体由两的岩石组成的边坡。当边坡岩体由两层以上单层厚度大于层以上单层厚度大于5m5m的岩体组合时的岩体组合时, ,可分段确定边坡类型。可分段确定边坡类型。 4 4边坡工程应按其损坏后可能造成的边坡工程应按其损坏后可能造成的破坏后果（危及人的生命、造成经济破坏后果

16、（危及人的生命、造成经济损失、产生社会不良影响）的严重性、损失、产生社会不良影响）的严重性、边坡类型和坡高等因素，根据表边坡类型和坡高等因素，根据表2-12-1确确定安全等级。定安全等级。边坡类型边坡类型边坡高度边坡高度HmHm破坏后果破坏后果安全等到级安全等到级岩岩质质边边坡坡岩体类岩体类型为型为或或类类H30H30很严重很严重一级一级严重严重二级二级不严重不严重三级三级岩体类岩体类型为型为或或类类1515H30H30很严重很严重一级一级严重严重二级二级H15H15很严重很严重一级一级严重严重二级二级不严重不严重三级三级土质边坡土质边坡1010H15H15很严重很严重一级一级严重严重二级二级

17、H10H10很严重很严重一级一级严重严重二级二级不严重不严重三级三级 注：注：A A一个边工程各段，可根据实际情况采一个边工程各段，可根据实际情况采用不同的安全等级。用不同的安全等级。 B B对危害性极严重、环境和地质条件的特殊对危害性极严重、环境和地质条件的特殊边坡工程，其安全等级应根据工程情况适当边坡工程，其安全等级应根据工程情况适当提高。提高。 4 4破坏后果很严重、严重的下列建筑边坡工破坏后果很严重、严重的下列建筑边坡工程，其安全等级应定为一级：程，其安全等级应定为一级： A A由外倾软弱结构面控制的边坡工程；由外倾软弱结构面控制的边坡工程； B B危岩、滑坡地段的边坡工程；危岩、滑坡

18、地段的边坡工程； C C边坡塌滑区内或边坡塌方影响区内有重要边坡塌滑区内或边坡塌方影响区内有重要建（构）筑物的边坡工程。破坏后果不严重建（构）筑物的边坡工程。破坏后果不严重的上述边坡工程的安全等级可定为二级。的上述边坡工程的安全等级可定为二级。 5 5边坡塌滑区范围可按下式估算：边坡塌滑区范围可按下式估算： 边坡坡顶塌滑区边缘至坡底边缘的水平边坡坡顶塌滑区边缘至坡底边缘的水平投影距离（投影距离（m m）；）； 边坡高度（边坡高度（m m）；）； 边坡的破裂角（边坡的破裂角（）。对于土质边坡可）。对于土质边坡可取取4545+ + ，为土体的内摩擦角；对于岩，为土体的内摩擦角；对于岩质边坡可按规范

19、计算选取。质边坡可按规范计算选取。tgHL LH21 12 2 瑞典条分法瑞典条分法 一、基本假定一、基本假定 1 1假定土坡稳定属于平面应变问题，取其某假定土坡稳定属于平面应变问题，取其某一横部面为代表进行分析。一横部面为代表进行分析。 2 2假定滑裂面为圆柱面，即在横剖面上滑裂假定滑裂面为圆柱面，即在横剖面上滑裂面为圆弧，弧面上滑动土体视为刚体，即计面为圆弧，弧面上滑动土体视为刚体，即计算中不考虑滑动土体内部的相互作用力。算中不考虑滑动土体内部的相互作用力。 3 3定义安全系数为滑裂面上所能提供的抗滑定义安全系数为滑裂面上所能提供的抗滑力矩之和与外荷载及滑动土体在滑裂面上所力矩之和与外荷载

20、及滑动土体在滑裂面上所产生的滑动力矩和之比；所有力矩都是以圆产生的滑动力矩和之比；所有力矩都是以圆心心O O为矩心。为矩心。 4 4采用条分法进行计算。采用条分法进行计算。 二、计算公式（滑裂面是任意给的，即虚二、计算公式（滑裂面是任意给的，即虚拟工作状态）拟工作状态） 图图1-11-1表示一均质土坡，按瑞典法假定，其表示一均质土坡，按瑞典法假定，其中任一竖向土条中任一竖向土条 上的作用力。土条高为上的作用力。土条高为 ，宽为宽为 ， 为土条本身的自重力，为土条本身的自重力， 为土为土条底部的总法向反力，条底部的总法向反力， 为土条底部（滑为土条底部（滑裂面）上总的切向阻力；土条底部坡角裂面）

21、上总的切向阻力；土条底部坡角为为 ；长为；长为 ，坡体容重为，坡体容重为 ， 为为滑裂面圆弧半径，滑裂面圆弧半径， 为滑裂圆弧面为滑裂圆弧面, , 为为土条中心线到圆心土条中心线到圆心 的水平距离。的水平距离。 iihibiW iNiTiiliRABixO 根据摩尔根据摩尔- -库仑准则库仑准则, ,滑裂面上的平均抗剪滑裂面上的平均抗剪度为度为: : 法向总应力；法向总应力； 孔隙应力；孔隙应力； 坡体有效抗剪强度指标坡体有效抗剪强度指标/)(tgucfu/c/ 如果整个滑裂面 上的平均安全系数为 ， 按照定义，土条底部的切向阻力 为：取土条底部法向力的平衡可得：ABfSF iTiiiiiSi

22、SfiiltguNcFlFlT)(1/iiiiiiihbWNcoscos 取所有土条对圆心的力矩平衡有： 如图：2-1，根据几何关系计算时土条厚度均取单宽，即有， 因此0iiiiRTxWiiRxsiniiiiiiiiiSWtgluWlcFsin)cos(/iiiibhWiiiiiiiiiiiiSbhtgbuhcFsinsec)cos(/2/三、渗流影响三、渗流影响当土坡内部有地下水渗流作用时，滑动土体中存当土坡内部有地下水渗流作用时，滑动土体中存在渗透压力。边坡稳定分析计算时应考虑地下在渗透压力。边坡稳定分析计算时应考虑地下水渗透压力的影响。水渗透压力的影响。同样，在滑动坡体中任取一竖向土条如

23、图同样，在滑动坡体中任取一竖向土条如图 2-22-2所示，如果将土条和土条中的水体一起作为脱所示，如果将土条和土条中的水体一起作为脱离体，此时土条重力就包括土条和土条中的水离体，此时土条重力就包括土条和土条中的水体重力，即：体重力，即： 土的湿容重；土的湿容重； 土的饱和容重（包括了土体和水体）。土的饱和容重（包括了土体和水体）。iimiibhhW)(21m 土条的两侧和底部都作用有渗透水压土条的两侧和底部都作用有渗透水压力，在稳定的情况下，土体均已固结，力，在稳定的情况下，土体均已固结，由附加荷载引起的孔隙应力均已消散，由附加荷载引起的孔隙应力均已消散，土条底部的孔隙应力也就是渗透水压土条底

24、部的孔隙应力也就是渗透水压力。设土条底部中点处的渗透水水头力。设土条底部中点处的渗透水水头为（一般根据流网确定），则有：为（一般根据流网确定），则有：WiWihu 一般地，较小，即土条取得很薄，地一般地，较小，即土条取得很薄，地下水面与滑裂面接近平行，土条两侧下水面与滑裂面接近平行，土条两侧的渗透水压力几乎相等，可认为相互的渗透水压力几乎相等，可认为相互抵消，这也是为了计算的简化。抵消，这也是为了计算的简化。iimiiiiWWiimiiiShhbtghhhcbFsin)(seccos)(21/221/cosbl 2 23 3 不平衡推力法不平衡推力法 一、基本假设一、基本假设( (滑动面不一定

25、是圆弧）滑动面不一定是圆弧） 1 1）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块间的挤压变形；条块间的挤压变形； 2 2）条块间只传递推力不传递拉力，不出现）条块间只传递推力不传递拉力，不出现条块间的拉裂；条块间的拉裂； 3 3）块间作用力以集中力表示，它的作用线）块间作用力以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑动面方向，作用在界面平行于前一块的滑动面方向，作用在界面中点；中点； 4 4）顺滑坡主轴取单位长度宽的岩土体作计）顺滑坡主轴取单位长度宽的岩土体作计算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力。算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力。 二、计算公式二、计算公式

26、在滑体中取第块土条在滑体中取第块土条 ，如图，如图2-32-3所示，假所示，假定第块土条定第块土条 传来的推力传来的推力 的方的方向平行于第向平行于第 块土条的底滑面块土条的底滑面1i1iPi1i而第而第 块土条传递给第块土条传递给第 块块土条的推力土条的推力 平行于第平行于第 块土条块土条的底滑面。即：假定每一土条上推力的底滑面。即：假定每一土条上推力的方向平行于上一块土条的底滑面，的方向平行于上一块土条的底滑面，第第 块土条承受的各种作用力示图块土条承受的各种作用力示图2-32-3中，将各作用力投影于底滑面上，中，将各作用力投影于底滑面上，其平衡方程如下：其平衡方程如下：i1iiPii11

27、/)sincos()cossin(iiSiiiiiiiSiiiiiiiPFtgQluWFlcQWP)sin()cos(1/11iiSiiiiFtg 为了使计算工作更加简化，在工程单位常为了使计算工作更加简化，在工程单位常采用快捷的简化方法：即对每一块土条用采用快捷的简化方法：即对每一块土条用下式计算不平衡下滑力：下式计算不平衡下滑力： 不平衡下滑力不平衡下滑力= =下滑力下滑力 抗滑力抗滑力SF11/)sincos()cossin(iiiiiiiiiiiiiiiSiPtgQluWlcQWFP)sin()cos(1/11iiiiiitg 例题：某滑坡由三个滑坡组成，各滑例题：某滑坡由三个滑坡组成

28、，各滑动块体单位宽度的资料如表所示，坡动块体单位宽度的资料如表所示，坡体中未见地下水，无地表荷载，已知体中未见地下水，无地表荷载，已知C=10kPaC=10kPa，=10=10，滑坡推力安全系数，滑坡推力安全系数取取1.151.15，则第三块滑体的下滑力为？，则第三块滑体的下滑力为？条块编号条块编号条块重力条块重力(kN/m(kN/m) )条块滑动面条块滑动面长度长度(m)(m)1 150050011.03 11.03 2 290090010.1510.153 370070010.7910.790 .64922sin7003sin332 .26222sin7003sin333 .88610co

29、s9002cos2215610sin9002sin222 .45325cos5002cos113 .21125sin5001sin11aGNaGTaGNaGTaGNaGT015. 12)32sin()32cos(2920. 01)21sin()21cos(1tgaaaatgaaaa5 .2915.1010103 .8863 .15615. 1929. 08 .522221128 .5203.1110102 .4533 .21115. 111112211tglCtgNrtTFFtglCtgNrtTF第二块滑坡推力为负值，表示自该块以上滑第二块滑坡推力为负值，表示自该块以上滑坡稳定，计算下一块时，坡稳定，计算下一块时，F2F2取取0 0。 mkNtglCtgNrtTFF/2 .7979.1010100 .6492 .26215. 1015. 1033322333