岩质边坡稳定性分析原理与方法PPT数值分析法.pptx

1、E-mail:wenjiexuE-mail:徐文徐文杰杰清华大学清华大学 水利系水利系第第1212章章 岩岩质边坡稳定性分析原理与质边坡稳定性分析原理与方法方法 数值分析法数值分析法21.1.极限平衡法极限平衡法1989漫湾漫湾滑坡滑坡2000年年3月九江大堤边坡失稳月九江大堤边坡失稳2008.5.12唐家山滑坡唐家山滑坡2000.4.9 西藏易贡滑坡西藏易贡滑坡31.1.极限平衡法极限平衡法极限平衡法基本思路：极限平衡法基本思路：极限平衡法基本思路：极限平衡法基本思路：假定岩土体破坏时假定岩土体破坏时是是由于滑体由于滑体沿滑动面发沿滑动面发生滑动而造成生滑动而造成的，通常的，通常根据根据作用

2、作用于滑动面上滑动块体的于滑动面上滑动块体的抗剪力与抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比该块体沿破坏面的剪切力之比，求该块体的，求该块体的稳定系数。稳定系数。分析岩体和土体稳定时假定一破坏面分析岩体和土体稳定时假定一破坏面,取破坏面内土体取破坏面内土体,为脱离为脱离体计算出作用于脱离体上的力系达到静力平衡体计算出作用于脱离体上的力系达到静力平衡时的下滑力时的下滑力（T）,与破坏面实际所能提供的岩土的与破坏面实际所能提供的岩土的抗力相比较（抗力相比较（S）,以以求求得稳定性安全系数（得稳定性安全系数（Fos）,或根据所给定的安全系数求允许作或根据所给定的安全系数求允许作用外荷载的方法用外荷载的方法

3、.极限平衡法是岩土体极限平衡法是岩土体稳定重要分析稳定重要分析方法方法之一，也是各行业规范之一，也是各行业规范所指定方法。所指定方法。41.1.极限平衡法极限平衡法红粘土边坡失稳堆积体边坡失稳-圆弧形滑坡圆弧形滑坡5ACB1.1.极限平衡法极限平衡法-单一结构面斜坡单一结构面斜坡 hHW只考虑重力作用下：只考虑重力作用下：只考虑重力作用下：只考虑重力作用下：L61.1.极限平衡法极限平衡法-单一结构面斜坡单一结构面斜坡 ACBW考虑地下水静水压力作用下：考虑地下水静水压力作用下：考虑地下水静水压力作用下：考虑地下水静水压力作用下：hwP PC71.1.极限平衡法极限平衡法-单一结构面斜坡单一结

4、构面斜坡 ACBW考虑地震力作用：考虑地震力作用：考虑地震力作用：考虑地震力作用：Pd81.1.极限平衡法极限平衡法-两组两组结构面构成滑体结构面构成滑体的斜坡的斜坡W1ABCDL1L2CBDBDAW1T12W2W2T21c1,1c2,291.1.极限平衡法极限平衡法-两组两组结构面构成滑体结构面构成滑体的斜坡的斜坡CBDBDCW1T12W2T21101.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法SarmaSarma111.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法SarmaSarmaSarmaSarma法特点：法特点：法特点：法特点：可根据滑体的地质特性、结构面构造，对滑

5、体进行按节理构可根据滑体的地质特性、结构面构造，对滑体进行按节理构造的斜分条及不等距分条，使各条块尽量模拟实际风化岩体；造的斜分条及不等距分条，使各条块尽量模拟实际风化岩体；可较详尽地模拟侧面节理、断层造成的滑体强度特征；可较详尽地模拟侧面节理、断层造成的滑体强度特征；滑体滑动时，不仅滑动面上的各种力达到了极限平衡，侧面滑体滑动时，不仅滑动面上的各种力达到了极限平衡，侧面也达到了极限平衡。也达到了极限平衡。121.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法diZWi(XWi,YWi)(XTi,YTi)(XTi+1,YTi+1)(XWi+1,YWi+1)ii+1ZWi+1di+1(XB

6、i,YBi)(XBi+1,YBi+1)biiyx131.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法Ei+1EiTiNiUiPWi+1PWiXiWiKcWixyWi:第第i条块重量；条块重量；PWi、PWi+1:作用在作用在第第i条块第条块第i侧面和第侧面和第i+1侧面侧面的水压力；的水压力；Ui:第第i条块底面的水压力；条块底面的水压力；Xi、Xi+1:作用在作用在第第i条块条块第第i侧面和第侧面和第i+1侧面的侧面的剪切力剪切力；Ni:第第i条块底面的正压力；条块底面的正压力；Ti:第第i条块底面的剪切力；条块底面的剪切力；Ei、Ei+1:作用在作用在第第i条块第条块第i侧面和第侧

7、面和第i+1侧面的正压侧面的正压力；力；KcWi:假定滑块承受水平假定滑块承受水平力使滑体处于临界状态，力使滑体处于临界状态，Kc为为临界加速度系数。临界加速度系数。Xi+1141.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法垂直方向力的平衡垂直方向力的平衡（1）水平方向力的平衡水平方向力的平衡（2）151.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法据据据据摩摩摩摩尔尔尔尔-库库库库伦伦伦伦破破破破坏坏坏坏准准准准则则则则（3a）（3b）（3c）161.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法假定两侧面力假定两侧面力E,XE,X处于极限平衡状态处于极限平衡状态（4

8、a）（4b）171.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法将将(3a)、（、（3b）、）、（3c）、（）、（4a）、）、（4b）代入（）代入（1）、）、（2）式中：式中：Cbi、bi为第为第i条块底面抗剪切条块底面抗剪切强度指标；强度指标；Csi、si、Csi+1、si+1第第i条块第条块第i侧面、第侧面、第i+1侧面侧面抗剪切强度抗剪切强度指标；指标；181.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法当当i=1时，时，E2=a1-p1K当当i=2时，时，E3=a2 p2K+E2e2边界条件：边界条件：En+1=0临界加速度系数临界加速度系数Kc可写成：可写成：计算计算

9、K Kc c：191.1.极限平衡法极限平衡法-Sarma-Sarma法法崔崔政权政权,李宁李宁.边坡边坡工程工程-理论理论与实践最新与实践最新发展发展M.M.北京北京:中国水利水电出版社中国水利水电出版社,1999.,1999.计算稳定系数计算稳定系数FosFos：通过迭代求得使得通过迭代求得使得Kc等于等于0时的时的Fos，就是边坡在不考虑地震，就是边坡在不考虑地震力作用时的稳定性系数。力作用时的稳定性系数。201.1.极限平衡法极限平衡法-楔体稳定分析方法楔体稳定分析方法211.1.极限平衡法极限平衡法-楔体稳定分析方法楔体稳定分析方法HoekHoek楔体稳定分析方法楔体稳定分析方法E.

10、Hoek,J.W.Bray.Rock Slope Engineering.1983.C.W.Ducan.Rock Slope Engineering Civil and Mining.2003.221.1.极限平衡法极限平衡法-楔体稳定分析方法楔体稳定分析方法231.1.极限平衡法极限平衡法-楔体稳定分析方法楔体稳定分析方法242.2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用数值分析技术在边坡稳定分析中的应用极限平衡极限平衡极限平衡极限平衡法法法法不足不足不足不足：可以得到可以得到边坡边坡内部内部应力应力、应变特征及变形破坏、应变特征及变形破坏机理机理；基于数值计算的强度折减法可以得到边坡的安全系数

11、，基于数值计算的强度折减法可以得到边坡的安全系数，但其工程实用性有待于进一步研究。但其工程实用性有待于进一步研究。滑面确定有很大的滑面确定有很大的人为性和随机性人为性和随机性；无法无法考虑边坡内部的应力场问题考虑边坡内部的应力场问题，而且无法对边坡而且无法对边坡的变形破坏模式作出判定。的变形破坏模式作出判定。数值分析法优点：数值分析法优点：数值分析法优点：数值分析法优点：可以研究多种复杂工况下的边坡稳定性问题及破坏机制；可以研究多种复杂工况下的边坡稳定性问题及破坏机制；252.2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用数值分析技术在边坡稳定分析中的应用262.2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用

12、数值分析技术在边坡稳定分析中的应用272.2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用数值分析技术在边坡稳定分析中的应用282.2.数值分析技术在边坡稳定分析中的应用数值分析技术在边坡稳定分析中的应用293.3.水利工程边坡级别划分及稳定性要求水利工程边坡级别划分及稳定性要求边边边边坡坡坡坡级级级级别别别别确确确确定定定定考考考考虑虑虑虑因因因因素素素素304.4.水利工程边坡级别水利工程边坡级别划分及稳定性要求划分及稳定性要求边坡边坡边坡边坡的级的级的级的级别与别与别与别与水工水工水工水工建筑建筑建筑建筑物级物级物级物级别的别的别的别的对照对照对照对照关系关系关系关系31水利水利水利水利工程工程工

13、程工程边坡边坡边坡边坡安安安安全全全全系系系系数数数数标标标标准准准准4.4.水利工程边坡级别水利工程边坡级别划分及稳定性要求划分及稳定性要求1 1）临）临水边水边坡：坡：水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位及其经常性降落；除校核洪水以外各种情况下的水库下游水位及其经常性降落；水道边坡的正常高水位与最低水位之间的各种水位及其经常性降落。32水利水利水利水利工程工程工程工程边坡边坡边坡边坡安安安安全全全全系系系系数数数数标标标标准准准准4.4.水利工程边坡级别水利工程边坡级别划分及稳定性要求划分及稳定性要求2 2）不临水边）不临水边坡坡：工程投入运用后经常发生或持续时间长的情

14、况。33水利水利水利水利工程工程工程工程边坡边坡边坡边坡安安安安全全全全系系系系数数数数标标标标准准准准4.4.水利工程边坡级别水利工程边坡级别划分及稳定性要求划分及稳定性要求施工期临水边坡的水位非常降落校核洪水位及其水位降落由于降雨泄水雨雾和其他原因引起的边坡体饱和及相应的地下水位变化正常运用条件下边坡体排水失效34水利水利水利水利工程工程工程工程边坡边坡边坡边坡安安安安全全全全系系系系数数数数标标标标准准准准4.4.水利工程边坡级别水利工程边坡级别划分及稳定性要求划分及稳定性要求非常运用条件应为正常运用条件下遭遇地震35作业作业部位部位部位部位倾向倾向倾向倾向（）倾角倾角倾角倾角（）粘聚力

15、粘聚力粘聚力粘聚力（kPa)kPa)kPa)kPa)内摩擦角内摩擦角内摩擦角内摩擦角（）结构面J11154523.920结构面J22357047.830后缘拉裂缝16570长度：12.19m坡面18565坡顶面19512采用结构分析法及采用结构分析法及HoekHoek法计算分析法计算分析楔形体楔形体边坡稳定性：边坡稳定性：注：注：1.程序实现：程序实现：相关计算通过Python程序实现,并绘制三维边坡模型。2.计算工况计算工况：分别考虑后缘拉裂隙充水、不充水两种情况。岩岩石密度：石密度：2560kg/m3；坡高；坡高30.48m。36附加作业附加作业根据根据“崔政权崔政权,李宁李宁.边坡工程边坡工程-理论与实践最新发展理论与实践最新发展M.M.北京北京:中国水利水电出版社中国水利水电出版社,1999,1999.”的的 SarmaSarma边坡稳边坡稳定分析程序，改进为定分析程序，改进为PythonPython计算程序，并计算某边坡的计算程序，并计算某边坡的稳定性。稳定性。