第2章 边坡处治基本理论及稳定性分析.pptVIP

第2章 边坡处治基本理论及稳定性分析 2.1概述 2.2瑞典圆弧法 2.3Bishop条分法 2.4Janbu条分法 2.5不平衡推力传递系数法 2.6数值模拟 2.1概述 2.1.1边坡稳定性概念 边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体，由于坡表面倾斜，在坡体本身重力及其它外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土（岩）自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土（岩）体内部某一个面上的滑动力超过了土（岩）体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。 在工程设计中，判断边坡稳定性的大小习惯上采用边坡稳定安全系数来衡量。1955年，毕肖普（A.W.Bshop）明确了土坡稳定安全系数的定义： 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，应用范围广泛，在边坡工程处治中也广泛应用。其问题的关键是如何寻求滑裂面，如何寻求滑裂面上的平均抗剪强度 和平均剪应力 。 在工程建设中，常见的边坡滑动有两种类型。一种是天然边坡由于原来的地质条件改变而产生的滑坡，通常用地质条件对比法来衡量其稳定的程度；另一种是由于工程建设需要而人工开挖或填筑形成的人工边坡，由于设计的坡度一般都比较陡，或由于工作条件的变化改变了边坡体内部的应力状态，使局部的剪切破坏发展成一条连贯的剪切破坏面，边坡的稳定平衡状态遭到破坏而产生滑坡。本章所要讨论的主要针对第二种滑坡，或第二种边坡稳定问题。 2.1.2影响边坡稳定性的因素 (1)边坡体自身材料的物理力学性质 边坡体材料一般为土体、岩体、岩土及其它材料混合堆积或混合填筑体（如工业废渣、废料等），其本身的物理力学性质对边坡的稳定性影响很大，如抗剪强度（内摩擦角，黏聚力）、容重。 (2)边坡的形状和尺寸 这里指边坡的断面形状、边坡坡度、边坡总高度等。 (3)边坡的工作条件 主要是指边坡的外部荷载，包括边坡和边坡顶上的荷载、边坡后传递的荷载。 (4)边坡的加固措施 边坡的加固是采取人工措施将边坡的滑动传送或转移到另一部分稳定体中，使整个边坡达到一种新的稳定平衡状态，加固措施的种类不同，对边坡稳定的影响和作用也不相同，但都应保证边坡的稳定。 2.1.3边坡稳定性分析基本理论和假定 基本思路：假定边坡的岩土体坡坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体沿滑动面因滑动造成的。滑动面上的坡体服从破坏条件。假设滑动面已知，通过考虑滑动面形成的隔离体的静力平衡，确定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。该滑动面是人为确定的，其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则曲面。隔离体的静力平衡可以是滑面上力的平衡或力矩的平衡。隔离体可以是一个整体，也可由若干人为分隔的坚向土条组成。由于滑动面是人为假定的，我们只有通过系统地求出一系列滑面发生滑动时的破坏荷载，其中最小的破坏荷载要求的极限荷载与之相应的滑动面就是可能存在的最危险滑动面。 研究表明，为减少未知量所作的各种假设，在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，在计算方法中无论采用何种假设，并不影响最后求得的稳定安全系数值。我们进行边坡稳定分析的目的，就是要找出所有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。从工程实用角度看，就是找寻安全系数解集中最小的安全系数，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。 缺点：由于没有考虑土体本身的应力－应变关系和实际工作状态，所求出土条之间的内力或土条底部的反力均不能代表边坡在实际工作条件下真正的内力和反力，更不能求出变形。我们只是利用这种通过人为假设的虚拟状态来求出安全系数而以。 优点：由于在求解中作了许多假定，不同的假定求出的结果是不相同的，但由于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。 为了克服极限平衡法的不足，人们提出了以有限元法为代表的各种数值计算方法。有限元法是将边坡离散成有限个单元体，或者说，用有限个单体所构成的离散化结构代替原来的连续体结构，通过分析单元体的应力和变形来分析整个边坡的稳定。 不同点：数值计算是以弹性（塑性）理沦为基础，需要首先弄清楚岩土体的本构关系，即应力一应变关系，它既要求出单元体的力的平衡，也要考虑单元体的变形协调，同时还要考虑岩土体的破坏堆则。由于岩土体应力一应变关