边坡稳定分析

边坡稳定分析
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CHAPTER 9

Stability of Slopes

9.1Introduction

Gravitational and seepage forces tend to cause instability in natural slopes,in slopes fo rmed by excavation and in the slopes of embankments and earth dams.The most important types of slope failure are illustrated in Fig.9.1.In rotational slips the shape of the failure surface in section may be a circular arc or a non-circular curve .In general ,circular slips are associated with homogeneous soil conditions and non-circular slips with non-homogeneous conditions .Translational and compound slips occur where the form of the failure surface is influenced by the presence of an adjacent stratum of significantlydifferent strength .

Translational slips tend to occur where the adjacent stratum is at a relatively shallow depth below the surface of the slope:the failure surface tends to be plane and roughly parallel to the https://www.360docs.net/doc/a215389659.html,pound slips usually occur where the adjacent stratum is at greater depth ,the failure surface consisting of curved and plane sections

In practice,limiting equilibrium methods are used in the analysis of slope stability.It is considered that failure is on the point of occurring along an assumed or a known failure surface .The shear strength required to maintain a condition of limiting equilibrium is compared with the available shear strength of the soil ,giving the average factor of safety along the failure surface .The problem is considered in two dimensions ,conditions of plane strain being assumed .It has been shown that a two-dimensional analysis gives a conservative result for a failure on a three-dimensional(dish-shaped)surface .

9.2Analysis for the Case of φu =0

This analysis,in terms of total stress ,covers the case of a fully saturated clay under undrained conditions,i.e.For the condition immediately after construction .Only moment equilibrium is considered in the analysis .In section,the potential

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failure surface is assumed to be a circular arc.A trial failure surface(centre O ,radius r and length L a )is shown in Fig.9.2.Potential instability is due to the total weight of the soil mass(W per unit Length)above the failure surface .For equilibrium the shear strength which must be mobilized along the failure surface is expressed

as

where F is the factor of safety with respect to shear strength .Equating moments about O

Therefore

(9.1)

The moments of any additional forces must be taken into account .In the event of a tension crack developing ,as shown in Fig.9.2,the arc length L a is shortened and a hydrostatic force will act normal to the crack if the crack fills with water .It is necessary to analyze the slope for a number of trial failure surfaces in order that the minimum factor of safety can be determined .

Based on the principle of geometric similarity ,Taylor[9.9]published stability coefficients for the analysis of homogeneous slopes in terms of total stress .For a slope of height H the stability coefficient (N s )for the failure surface along which the factor of safety is a minimum

is

(9.2)

For the case of φu =0,values of N s can be obtained from Fig.9.3.The coefficient N s depends on the slope angle βand the depth factor D ,where DH is the depth to a firm stratum .

Gibson and Morgenstern [9.3]published stability coefficients for slopes in normally consolidated clays in which the undrained strength c u (φu =0)varies linearly with depth .

Example 9.1

A 45°slope is excavated to a depth of 8m in a deep layer of saturated clay of

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unit weight 19kN /m 3:the relevant shear strength parameters are c u =65kN /m 2and φu =0.Determine the factor of safety for the trial failure surface specified in Fig.9.4.

In Fig.9.4,the cross-sectional area ABCD is 70m 2.

Weight of soil mass=70×19=1330kN /m

The centroid of ABCD is 4.5m from O .The angle AOC is 89.5°and radius OC is 12.1m .The arc length ABC is calculated as 18.9m .The factor of safety is given by

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This is the factor of safety for the trial failure surface selected and is not necessarily the minimum factor of safety .

The minimum factor of safety can be estimated by using Equation 9.2.

From Fig.9.3,β=45°and assuming that D is large ,the value of N s is

0.18.Then

9.3The Method of Slices

In this method the potential failure surface ,in section ,is again assumed to be a circular arc with centre O and radius r .The soil mass (ABCD)above a trial failure surface (AC)is divided by vertical planes into a series of slices of width b,as shown in Fig.9.5.The base of each slice is assumed to be a straight line .For any slice the inclination of the base to the horizontal is αand the height,measured on the centre-1ine,is h.The factor of safety is defined as the ratio of the available shear strength(τf )to the shear strength(τm )which must be mobilized to maintain a condition of limiting equilibrium,

i.e.

The factor of safety is taken to be the same for each slice ,implying that there must be mutual support between slices ,i.e.forces must act between the slices .The forces (per unit dimension normal to the section)acting on a slice are :

1.The total weight of the slice ,W=γb h (γsat where appropriate).

2.The total normal force on the base ,N (equal to σl).In general this

force has two components ,the effective normal force N '(equal to σ'l )and the boundary water force U(equal to ul ),where u is the pore water pressure at the centre of the base and l is the length of the base .

3.The shear force on the base ,T=τm l .

4.The total normal forces on the sides,E 1and E 2.

5.The shear forces on the sides ,X 1and X 2.

Any external forces must also be included in the analysis .

The problem is statically indeterminate and in order to obtain a solution

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assumptions must be made regarding the interslice forces E and X :the resulting solution for factor of safety is not exact .

Considering moments about O ,the sum of the moments of the shear forces T on the failure arc AC must equal the moment of the weight of the soil mass ABCD .For any slice the lever arm of W is rsin α,

therefore

∑Tr=∑Wr sin α

Now,

For an analysis in terms of effective stress

Or

(9.3)

where L a is the arc length AC .Equation 9.3is exact but approximations are introduced in determining the forces N '.For a given failure arc the value of F will depend on the way in which the forces N 'are estimated .

The Fellenius Solution

In this solution it is assumed that for each slice the resultant of the interslice forces is zero .The solution involves resolving the forces on each slice normal to the base ,i.e.

N '=WCOS α-ul

Hence the factor of safety in terms of effective stress (Equation 9.3)is given

by

(9.4)

The components WCOS αand Wsin αcan be determined graphically for each slice .Alternatively ,the value of αcan be measured or calculated .Again ,a series of trial failure surfaces must be chosen in order to obtain the minimum factor of safety .This solution underestimates the factor of safety :the error ,compared with more accurate methods of analysis ,is usually within the range 5-2%.

For an analysis in terms of total stress the parameters C u and φu are used and the value of u in Equation 9.4is zero .If φu =0,the factor of safety is given

by

(9.5)

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As N’does not appear in Equation 9.5an exact value of F is obtained .The Bishop Simplified Solution

In this solution it is assumed that the resultant forces on the sides of the slices are horizontal ,i.e.

X l -X 2=0

For equilibrium the shear force on the base of any slice

is

Resolving forces in the vertical

direction:

(9.6)

It is convenient to substitute

l=b sec α

From Equation 9.3,after some rearrangement

(9.7)

The pore water pressure can be related to the total ‘fill pressure’at any

point by means of the dimensionless pore pressure ratio ,defined

as

(9.8)

(γsat where appropriate).For any

slice,

Hence Equation 9.7can be

written:

(9.9)

As the factor of safety occurs on both sides of Equation 9.9,a process of successive approximation must be used to obtain a solution but convergence is rapid .

Due to the repetitive nature of the calculations and the need to select an adequate number of trial failure surfaces ,the method of slices is particularly

suitable for solution by computer.More complex slope geometry and different soil strata can be introduced.

In most problems the value of the pore pressure ratio r u is not constant over the whole failure surface but,unless there are isolated regions of high pore pressure,an average value(weighted on an area basis)is normally used in design.Again,the factor of safety determined by this method is an underestimate but the error is unlikely to exceed7%and in most cases is less than2%.

Spencer[9.8]proposed a method of analysis in which the resultant Interslice forces are parallel and in which both force and moment equilibrium are satisfied.Spencer showed that the accuracy of the Bishop simplified method,in which only moment equilibrium is satisfied,is due to the insensitivity of the moment equation to the slope of the interslice forces.

Dimensionless stability coefficients for homogeneous slopes,based on Equation9.9,have been published by Bishop and Morgenstern[9.2].It can be shown that for a given slope angle and given soil properties the factor of safety varies linearly withγu and can thus be expressed as

F=m-nγu(9.10) where,m and n are the stability coefficients.The coefficients,m and n are functions ofβ,φ’,the dimensionless number c'/γand the depth factor D.

Example9.2

Using the Fellenius method of slices,determine the factor of safety,in terms of effective stress,of the slope shown in Fig.9.6for the given failure surface.The unit weight of the soil,both above and below the water table,is20kN/m3and the relevant shear strength parameters are c’=10kN/m2andφ’=29°.

The factor of safety is given by Equation9.4.The soil mass is divided into slices l.5m wide.The weight(W)of each slice is given by

W=γbh=20×1.5×h=30h kN/m

The height h for each slice is set off below the centre of the base and the

normal and tangential components hcosαand hsinαrespectively are determined graphically,as shown in Fig.9.6.Then

Wcosα=30h cosα

W sinα=30h sinα

The pore water pressure at the centre of the base of each slice is taken to beγw z w,where z w is the vertical distance of the centre point below the water table(as shown in figure).This procedure slightly overestimates the pore water pressure which strictly should be)γw z e,where z e is the vertical distance below the point of intersection of the water table and the equipotential through the centre of the slice base.The error involved is on the safe side.

The arc length(L a)is calculated as14.35mm.The results are given in

Table9.1

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∑Wcos α=30×17.50=525kN /m

∑W sin α=30×8.45=254kN /m

∑(wcos α-ul)=525—132=393kN /

m

9.4Analysis of a Plane Translational Slip

It is assumed that the potential failure surface is parallel to the surface of the slope and is at a depth that is small compared with the length of the slope.The slope can then be considered as being of infinite length ,with end effects being ignored .The slope is inclined at angle βto the horizontal and the depth of the failure plane is z .as shown in section in Fig.9.7.The water table is taken to be parallel to the slope at a height of mz (0

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vertical slice are equal and opposite and the stress conditions are the same at every point on the failure plane

In terms of effective stress ,the shear strength of the soil along the failure plane

is and the factor of safety

is

The expressions for σ,τand μ

are:

The following special cases are of interest .If c’=0and m=0(i.e.the soil between the surface and the failure plane is not fully

saturated),then

(9.11)

If c’=0and m=1(i.e.the water table coincides with the surface of the slope),then

(9.12)

It should be noted that when c’=0the factor of safety is independent of

the depth z .If c’is greater than zero ,the factor of safety is a function of z,and β

may exceed φ’provided z is less than a critical value .

For a total stress analysis the shear strength parameters c u and φu are used with a zero value of u.

Example 9.3

A long natural slope in a fissured overconsolidated clay is inclined at 12°to the horizontal .The water table is at the surface and seepage is roughly parallel to the slope .A slip has developed on a plane parallel to the surface at a depth of 5m .The saturated unit weight of the clay is 20kN /m 3.The peak strength

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parameters are c’=10kN/m 2and φ’=26°;the residual strength parameters are c r ’=0and φr ’=18°.Determine the factor of safety along the slip plane(a)in terms of the peak strength parameters (b)in terms of the residual strength parameters .With the water table at the surface(m=1),at any point on the slip plane

,Using the peak strength parameters

Then the factor of safety is given

by

Using the residual strength parameters ,the factor of safety can be

obtained from Equation

9.12:

9.5General Methods of Analysis

Morgenstern and Price[9.4]developed a general analysis in which all boundary and equilibrium conditions are satisfied and in which the failure surface may be any shape ,circular ,non-circular or compound .The soil mass above the failure plane is divided into sections by a number of vertical planes and the problem is rendered statically determinate by assuming a relationship between the forces E and X on the vertical boundaries between each section .This assumption is of the form

X=λf(x)E (9.13)

where f(x)is an arbitrary function describing the pattern in which the ratio X/E varies across the soil mass and λis a scale factor .The value of λis obtained as part of the solution along with the factor of safety F .The values of the forces E and X and the point of application of E can be determined at each vertical boundary .For any assumed function f(x)it is necessary to examine the solution in detail to ensure that it is physically reasonable (i.e.no shear failure or tension must be implied within the soil mass above the failure surface).The choice of the function f(x)does not appear to influence the computed value of F by more than about 5%and f(x)=l is a common assumption .

The analysis involves a complex process of iteration for the values of λand F ,described by Morgenstern and Price[9.5],and the use of a computer is essential.

Bell[9.1]proposed a method of analysis in which all the conditions of equilibrium are satisfied and the assumed failure surface may be of any shape.The soil mass is divided into a number of vertical slices and statical determinacy is obtained by means of an assumed distribution of normal stress along the failure surface.

Sarma[9.6]developed a method,based on the method of slices,in which the critical earthquake acceleration required to produce a condition of limiting equilibrium is determined.An assumed distribution of vertical interslice forces is used in the analysis.Again,all the conditions of equilibrium are satisfied and the assumed failure surface may be of any shape.The static factor of safety is the factor by which the shear strength of the soil must be reduced such that the critical acceleration is zero.

The use of a computer is also essential for the Bell and Sarma methods and all solutions must be checked to ensure that they are physically acceptable.References

[9.1]Bell,J,M.(1968):

Analysis’’,Journal ASCE,V01.94,No.SM6.

[9.1]Bell,J,M.(1968):’’General Slope Stability Analysis

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Geotechnique,Vo1.10.No.4.

Morgenstern,N.R.(1962):’’A Note on the Stability of Cuttings in [9.3]Gibson,R.E.and Morgenstern,N.R.(1962):

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Price,V.E.(1965):’’The Analysis of the Stability of General [9.4]Morgenstern,N.R.and Price,V.E.(1965):

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Slip Surfaces

[9.5]Morgenstern,N.R.and Price,V.E.(1967):‘A Numerical Method for Solving the

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[9.6]Sarma,S.K.(1973):

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[9.7]Skempton,A.W.(1970):

Clays’’(Technical [9.7]Skempton,A.W.(1970):’’First-Time Slides in Overconsolidated Clays

Note),Geotechnique,Vo1.20.No.3

[9.8]Spencer,E.(1967):‘A Method of Analysis of the Stability of Embankments

Forces’’,Geotechnique,Vo1.17.No.1.Assuming Parallel Inter-Slice Forces

[9.9]Taylor,D.W.(1937):

[9.9]Taylor,D.W.(1937):’’Stability of Earth Slopes’,Journal of the Boston Society of Civil

Engineers,Vo1.24,No.3

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边坡稳定性分析资料讲解

边坡稳定性分析

第9章边坡稳定性分析 学习指导:本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法;介绍了岩坡处理的措施。 重点:1边坡的变形与破坏类型; 2影响边坡稳定性的因素; 3边坡稳定性分析与评价。 9.1 边坡的变形与破坏类型 9.1.1概述 随着社会进步及经济发展,越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题,通过长期的工程实践,工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动,进行有效地指导。近年来,随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展,人类已认识到:边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展,而是与人类活动密切相关;人类在进行生产建设的同时,必须顾及到边坡的环境效应,并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域,在这些领域中,边坡作为地质工程的分支之一,一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域,边坡工程都是整体工程不可分割的部分,为保证工程运行安全及节约经费,广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报

等进行了广泛研究。然而,随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国,目前的露天采矿的人工边坡已高达300—500m,而水电 工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米,其中涉及的工程地质问题极为复杂,特别是在西南山区,边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。 因此,广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究,取得了很大的进展;从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法,进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法,同时辅以物理模拟方法,并且诞生了工程地质力学理论、岩(土)体结构控制论等,这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础,为人类工程建设做出了重大贡献。 在工程中常要遇到岩坡稳定的问题,例如在大坝施工过程中,坝肩开挖破坏了自然坡脚,使得岩体内部应力重新分布,常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。如果岩坡由于力过大和强度过低,则它可以处于不稳定的状态,一部分岩体向下或向外坍滑,这一种现象叫做滑坡。滑坡造成危害很大,为此在施工前,必须做好稳定分析工作。 岩坡不同于一般土质边坡,其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割,块体极不规则,因此岩坡稳定有其独特的性质。它同岩体的结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载,边坡的渗水性能,地下水位的高低等有关。 岩体内的结构面,尤其是软弱结构面的的存在,常常是岩坡不稳定的主要因素。大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有三种。一种是沿着岩体软弱岩层滑动;另一种是沿着岩体中的结构面滑动;此外,当这两种软弱面不存在时,也可能在岩体中滑动,但主要的是前面两种情况较多。在进行岩坡分析时,应当特别注意结构面和软弱层的影

边坡稳定性分析方法及其适用条件资料

边坡稳定性分析方法及其适用条件 摘要:边坡是一种自然地质体,在外力的作用下,边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移,当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力,将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容,并已经形成一个应用研究课题,本文对目前边坡稳定性分析中所采用的各种方法进行了归纳,并阐述了其适用条件。 关键词:边坡稳定性分析方法适用条件 正文: 一、工程地质类比法 工程地质类比法,又称工程地质比拟法,属于定性分析,其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。该方法主要通过工程地质勘察,首先对工程地质条件进行分析,如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查和分类,对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究,了解其成因、影响因素和发展规律等;并分析研究工程地质因素的相似性和差异性;然后结合所要研究的边坡进行对比,得出稳定性分析和评价。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素,迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测;缺点是类比条件因地而异,经验性强,没有数量界限。 适用条件:在地质条件复杂地区,勘测工作初期缺乏资料时,都常使用工程地质类比法,对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价,因此,需要有丰富实践经验的地质工作者,才能掌握好这种方法。

二、极限分析法 应用理想塑性体或刚塑性体处于极限状态的极小值原理和极大 值原理来求解理想塑性体的极限荷载的一种分析方法。它在土坡稳定分析时,假定土体为刚塑性体,且不必了解变形的全过程,当土体应力小于屈服应力时,它不产生变形,但达到屈服应力,即使应力不变,土体将产生无限制的变形,造成土坡失稳而发生破坏。其最大优点是考虑了材料应力—应变关系,以极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件,结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。 三、极限平衡法 该法将滑体作为刚体分析其沿滑动面的平衡状态,计算简单。但由于边坡体的复杂性,计算时模型的建立与参数的选取不可避免地使计算结果与实际结果不吻合。常用的方法有如下几种。 1瑞典条分法。基本假定:A边坡稳定为平面应变问题;B滑动面为圆弧;C计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑面法向分解来求法向力。该方法不考虑条间力的作用,仅能满足滑动体的力矩平衡条件,产生的误差使安全系数偏低。 优缺点:在不能给出应力作用下的结构图像的情况下,仍能对结构的稳定性给出较精确的结论,分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好,使分析程序更加可信;但需要先知道滑动面的大致位置和形状,对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面,但是对于岩质边坡,由于其结构和构造比较复杂,难以准确确定其滑动

边坡的稳定性计算方法

边坡稳定性计算方法 目前的边坡的侧压力理论,得出的计算结果,显然与实际情形不符。边坡稳定性计算,有直线法和圆弧法,当然也有抛物线计算方法,这些不同的计算方法,都做了不同的假设条件。 当然这些先辈拿出这些计算方法之前,也曾经困惑,不做假设简化,基本无法计算。而根据各种假设条件,是会得出理论上的结果,但与实际情况又不符。倒是有些后人不管这些假设条件,直接应用其计算结果,把这些和实际不符的公式应用到现有的规范和理论中。 瑞典条分法,其中的一个假设条件破裂面为圆弧,另一个条件为假设的条间土之间,没有相互作用力,这样的话,对每一个土条在滑裂面上进行力学分解,然后求和叠加,最后选取系数最小的滑裂面。从而得出判断结果。其实,那两个假设条件对吗?都不对! 第一、土体的实际滑动破裂面,不是圆弧。第二、假设的条状土之间,会存在粘聚力与摩擦力。边坡的问题看似比较简单,只有少数的几个参数,但是,这几个参数之间,并不是线性相关。对于实际的边坡来讲,虽然用内摩擦角①和粘聚力C来表示,但对于不同的破裂面,破裂面上的作用力,摩擦力和粘聚力,都是破裂面的函数,并不能用线性的方法分别求解叠加,如果是那样,计算就简单多了。 边坡的破裂面不能用简单函数表达,但是,如果不对破裂面作假设,那又无从计算,直线和圆弧,是最简单的曲线,所以基于这两种曲线的假设,是计算的第一步,但由于这种假设与实际不符,结果肯定与实际相差甚远。

条分法的计算,是来源于微积分的数值计算方法,如果条间土之间,存在相互作用力,那对条状土的力学分解,又无法进行下去。 所以才有了圆弧破裂面的假设与忽略条间土的相互作用的假设。 其实先辈拿出这样与实际不符的理论,内心是充满着矛盾的。 实际看到的边坡的滑裂,大多是上部几乎是直线,下部是曲线形状,不能用简单函数表示,所以说,要放弃求解函数表达式的想法。计算还是可以用条分法,但要考虑到条间土的相互作用。 用微分迭代的方法求解,能够得出近似破裂面,如果每次迭代,都趋于收敛,那收敛的曲线,就是最终的破裂面。 参照图3,下面将介绍这种方法的求解步骤。

两种边坡稳定性分析方法比较研究

第10卷 第10期 中 国 水 运 Vol.10 No.10 2010年 10月 China Water Transport October 2010 收稿日期:2010-06-11 作者简介:马玉岩(1987-),男,黑龙江绥化人,武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室水利水电工程施工与 管理专业硕士研究生,主要研究方向为岩土边坡工程研究以及结构设计。 两种边坡稳定性分析方法比较研究 马玉岩 (武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072) 摘 要:以某水电工程岩质高边坡做为实例,将强度折减理论与FLAC3D 软件相结合,通过有限差分程序FLAC3D 软件来模拟分析其稳定性。并与极限平衡方法的分析结果对比,探索两种方法的差异性与结果的可靠性,为确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法提出了有益的参考。 关键词:强度折减法;极限平衡法;边坡稳定性 中图分类号:P642.1 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2010)10-0197-03 一、引言 目前,国内在建和待建的大型水电工程大多坐落在西南、西北高山峡谷地区。我国的水电建设面临着一系列高边坡稳定问题。在现代岩土工程和科学技术的新成就的支持下,确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法,是摆在水利水电工程技术人员面前的任务[1]。 目前工程实践中岩质边坡稳定性定量分析主要有三种方法:解析法(最常用的是极限平衡法)、数值方法和概率法。极限平衡法是最常用的解析法,它是在边坡滑动面确定的情况下,根据滑裂面上抗滑力和滑动力比值直接计算安全系数,此外,关键块理论也属于这样的确定性分析方法。数值方法则是借助计算机进行数值分析(例如有限元、快速拉格朗日分析法、离散元、块体元和DDA 等)从而确定边坡的位移场和应力场,再用超载法、强度折减法等使边坡处于极限状态,从而间接得到安全系数。这种方法同时可以考虑位移协调条件和岩体本构关系等。概率法是将概率统计理论被引用到边坡岩体的稳定性分析中来,它通过现场调查,以获得影响边坡稳性影响因素的多个样本,然后进行统计分析,求出它们各自的概率分布及其特征参数,再利用某种可靠性分析方法,来求解边坡岩体的破坏概率即可靠度[2]。 文中选用某水电工程岩质高边坡做为实例,采用强度折减法和极限平衡法对岩质高边坡的稳定性进行对比分析。 二、边坡工程地质条件 模型宽约为700m,高约为700m。 基岩以中粒结构的灰白色、微红色黑云二长花岗岩为主,并有辉绿岩脉(β)、花岗细晶岩脉、闪长岩脉等各类脉岩穿插发育于花岗岩中,尤以辉绿岩脉分布较多。建模过程中考虑了岩体中对边坡稳定影响较大的几个岩脉。 根据岩体风化特点,岸坡岩体由表向内可划分为全风化带、强风化带、弱风化带、微风化—新鲜岩体。岩体风化的水平、垂直分带性明显。 边坡内无地下水分布。 边坡剖面如图1 所示。 图1 边坡剖面 三、强度折减法 强度折减系数法的基本原理是将坡体强度参数凝聚力c 和内摩擦角f 值同时除以一个安全系数K,得到一组新的c k 、f k 值,然后作为新的资料参数输入,再进行试算,当计算不收敛时,对应的K 被称为坡体的最小稳定安全系数,此时坡体达到极限状态,发生剪切破坏,同时可得到坡体的破坏滑动面。 FLAC3D (Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc 开发的三维快速拉格朗日分析程序。该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳。 文中利用FLAC3D,采用“二分法”[3]实现强度折减法,求解安全系数。 所建计算模型节点为29,646个,单元为24,005个。模型的边界条件:模型四周法向约束,底部固定约束,顶部自由,仅受重力作用。 研究表明,随着剪胀角的增大,安全系数也逐渐增大[4]。不过,Vermeer 和de Borst(1984年)研究证明,一般土体、岩石和混凝土的剪胀角要比它们的摩擦角小得多,且通常在0°~20°内变化[5]。因此,剪胀角对强度折减法计算

边坡稳定性分析

第9章边坡稳定性分析 学习指导:本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法;介绍了岩坡处理的措施。 重点:1边坡的变形与破坏类型; 2影响边坡稳定性的因素; 3边坡稳定性分析与评价。 9.1 边坡的变形与破坏类型 9.1.1 概述 随着社会进步及经济发展,越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题,通过长期的工程实践,工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动,进行有效地指导。近年来,随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展,人类已认识到:边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展,而是与人类活动密切相关;人类在进行生产建设的同时,必须顾及到边坡的环境效应,并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域,在这些领域中,边坡作为地质工程的分支之一,一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域,边坡工程都是整体工程不可分割的部分,为保证工程运行安全及节约经费,广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而,随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国,目前的露天采矿的人工边坡已高达300—500m,而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米,其中涉及的工程地质问题极为复杂,特别是在西南山区,边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。 因此,广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究,取得了很大的进展;从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法,进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法,同时辅以物理模拟方法,并且诞生了工程地质力学理论、岩(土)体结构控制论等,这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础,为人类工程建设做出了重大贡献。 在工程中常要遇到岩坡稳定的问题,例如在大坝施工过程中,坝肩开挖破坏了自然坡脚,使得岩体内部应力重新分布,常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的

岩石边坡稳定性分析方法_贾东远

文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。

边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析方法 目前,边坡稳定性的研究方法有很多,一般将其分为定性分析法、定量分析法与数值分析法等,其中,定性分析方法中主要有自然(成因)历史分析法、工程类比法、图解法等;定量分析方法中运用最为广泛的是极限平衡法;数值分析法中包括有限元法、离散元法、边界元法等;另外,随着各种新型理论的引入及对边坡认识的深入,不确定性分析方法也更多的运用到了边坡的稳定性研究当中,其中有代表性的研究方法有可靠性评价法、模糊理论评价法、灰色系统理论评价法、神经网络评价法、突变理论评价法及分形理论评价法等等。 由于不同的边坡工程所处具体情况的不同,使得目前对边坡进行稳定性分析、评价尚无统一的方法。众多方法的出现虽然可以使我们从不同侧面了解边坡的稳定性状况,但是这正也说明由于边坡岩体及其工程条件、环境的复杂性,不可能用简单的一种方法就把边坡的特性分析清楚,同时也没有任何一种方法可以解决所有的边坡稳定性评价问题。总的来说,目前进行边坡稳定性评价分析的方法很多,但是各自都有其一定的局限性,定性分析法:不论是类比法、自然历史分析法还是图解法,都是经验性的分析方法,没有实际的根据,所以人为因素影响较大,结论准确性差。极限平衡法:将滑体视为刚体来分析,边界条件过多的进行了简化,并加了许多假设条件,不能解决超静定问题。有限单元等数值分析法:虽然有限元计算方法具有不可比拟的优点,但所建立模型的可靠性、适用性以及分析当中所采用的各种参数的可靠性对边坡稳定性的最终判断有非常大的直接性影响;还有网格划分的不确定性、随意性大,只要能把上述问题解决好,该方法依然是目前对边坡稳定性进行数值分析中最有力的数值模拟工具。模糊理论法:该法当中不同指标的隶属函数、隶属度以及指标的权重值均难以准确确定,带有一定人为性、经验性的成分,且评价结果只能是定性的判断。神经网络法:网络不易收敛,容易陷入局部最小,计算和训练十分费时。由此可见,尽管目前边坡稳定性分析方法比较多,但由于边坡工程的复杂性,更合理的稳定性评价方法还有待进一步的探索、开发。 力学计算法和工程地质法是边坡稳定性分析和验算方法常用的两种方法。 1.力学计算法 (1)数解法 假定几个不同的滑动面,按力学平衡原理对每个滑动面进行计算,从中找出最危险滑动面,按此最危险滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此方法计算较精确,但计算繁琐。(2)图解或表解法 在图解和计算的基础上,经过分析研究,制定图表,供边坡稳定性验算时采用。以简化计算工作。 2.工程地质法 根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及其状态的分析研究,通过工程地质条件相对比,拟定出与边坡条件相类似的稳定值的参考数据,作为确定边坡值的依据。 一般土质边坡的设计常用力学计算法进行验算,用工程地质法进行校核;岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法进行设计。 第一节力学计算法 一、力学计算法的基本假定 滑动土楔体是均质各向同性、滑动面通过坡脚、不考虑滑动土体内部的应力分布及各土条(指条分法)之间相互作用力的影响。

用理正岩土计算边坡稳定性

运用《理正岩土边坡稳定性分析》 作定量计算 (整理人:朱冬林,2012-2-21) 1、我目前手上理正岩土的版本为5.11版,有新版本的请踊跃报名,大家共同进步! 2、为什么要用理正岩土边坡稳定性分析? 现在山区公路项目地形条件越来越复杂,对于一些斜坡(指一般自然坡)或边坡(指开挖后的坡体)的稳定性评价是不可避免,比如桥位区沿斜坡布线,桥轴线与坡向大角度相交,自然坡度20~40°,覆盖层比较厚,到底是稳定还是不稳定?会不会有隐患和危险?必将困扰每个勘察技术人员,说它稳定吧,又怕将来出问题,说不稳定,目前又没有出现开裂变形滑动迹象,那在报告中如何评价桥址的安全性?再比如,路线从大型堆积体上经过,究竟稳定性如何评价?仅靠钻探或地质调查无法对其稳定性进行合理评价。这时候,就要辅以定量分析计算来提供证据了。 还有,我们在报告中提路堑边坡的岩土经验参数,常常遭设计诟病,按报告

中提的参数,自然坡都垮得一塌糊涂了,更不要说开挖了。我们在正式报告中提出“问题参数”会大大降低了勘察在设计心目中的光辉(灰)形象。如果我们事先对自然斜坡的横断面进行过初步计算,提出的参数就不会太离谱,必将给设计留下“很专业”的印象。 3、是否好用? 很好用。在保宜项目我一天计算几十个断面,既有效又快。 4、断面图能不能直接从CAD图读入? 可以。只需事先转化为dxf即可(用dxfout命令保存)。对图形的条件是所有的线段都是直线段组成(对于多段线需要炸开,对于样条曲线可以用多段线描一下再炸开即可),另外图形边界要封闭(事先可以用填充命令试一下,看各个区域是否封闭)。注意,图中只能有直线段,不能有其它图元(记得按上面操作完后,全选(Ctrl+A),看“属性”(Ctrl+1),全部为直线,则OK)。 5、下面结合实例讲解计算过程,保证学一遍就上手。 以土质边坡计算为例(最常用) 进入土质边坡稳定性分析程序

边坡稳定性分析研究及工程应用

边坡稳定性分析研究及工程应用 摘要:边坡问题始终是岩土工程界所研究的主要问题之一。由于问题的复杂性,在边坡工程建设中,怎样对边坡的稳定性进行正确的分析并且制定行之有效的处 理与防治方案仍然是当前岩土工程领域的重点、难点所在。因此我们应当更加重 视对于边坡工程问题的稳定性分析。 关键词:边坡稳定性;工程应用;影响因素;工程应用 1边坡稳定性分析研究 1.1极限平衡分析法 极限平衡法是在分析边坡稳定性较早使用的一种方法,主要思想是在边坡滑 面的范围内,划分成若干个竖向或斜向的条块,通过对每个条块建立平衡方程来 建立整个边坡体的平衡方程,并求得边坡安全系数。常见的极限平衡法有Ordinary法或Fellenius法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern-price 法、Lowe-Karafiath法、Sarma法、不平衡推力法和传递系数法等。极限平衡法的 发展已较成熟,其理论也更加完善,计算方法也更加的严谨。特别是随着极限平 衡分析软件出现,用极限平衡法能够处理越来越复杂的问题,如复杂的多层地层、超孔隙水压力条件、各种线性非线性模型和各种的加载模型等。因此在边坡稳定 性分析中得到了相当广泛的应用。 1.2数值分析方法 1.2.1有限元法(FEM) 该法的基本原理是将连续的系统离散为一组单元的组合体,用在每个单元内 的求出近似解,再将所有单元按标准方法组合为一个与原有系统相近似的系统, 基于等价微分方程的积分原理组建节点平衡方程组,并利用虚功原理与最小势能 原理来求解。该法已发展的相当成熟,全面满足了静力平衡、应变相容和应力、 应变之间的本构关系。同时可以不受边坡几何形状的不规则和材料的不均匀性的 限制。有限元用的较多的软件如ABAQUS、ANSYS等。但在求解大变形、位移不 连续、无限域、和应力集中问题还有欠缺。计算常出现不收敛,这样会影响到数 值计算的可信度。 1.2.2离散单元法(DEM) 离散单元法是一种显示求解的动态数值方法。基本原理和有限单元法一样, 将区域划分若干个单元,通过单元间接触关系建立位移与力的相互作用规律,并 通过迭代利用显式时间差分法求解动力平衡方程。主要在大变形问题和动力稳定 问题上有较大优势。 1.2.3快速拉格朗日差分分析法(FLAC) 基本原理类同于离散单元法,此法弥补了有限元的一些不足,它能处理一般 的大变形问题,还能模拟支护结构与岩体的相互作用。较真实地反映实际材料的 在边坡分析中的运动过程,在边坡的稳定性分析及加固处理模拟中取得了满意的 结果。不足之处是在进行网格划分时存在主观性,不同的网格划分分析出来的结 果可能存在差异。近年来有学者专门对FLAC方法本身进行了探讨,其计算误差 值得关注。 1.2.4边界元法(BEM) 它是以定义在边界上的积分方程为控制方程,通过对边界离散插值,化为代

基坑边坡稳定性分析设计软件开发

商丘毕冕文化传播有限公司创新性实验计划项目 项目名称:基坑边坡稳定性分析设计软件开发

一、项目组成员情况介绍(包括自身具备的知识、特长、兴趣,参加过的科技创新活 动等) 项目组成员跨专业跨学科分布,涉及知识面广。作为工程专业学生,已经 熟练掌握土力学的知识,以及边坡工程稳定性分析设计的方法,做了大量的练 习并且接触了多个实际工程案例。除此之外,团队成员在学习中也接触和学习 了计算机辅助设计,已经掌握了CAD制图以及CAD的二次开发编程语言autolisp,可以使用该语言进行二次开发,然后使用windows MFC将其封装成 为可以方便安装使用的可执行安装包。方便使用,高效便捷,创造较高的工程 效益和经济效益。 之前在指导老师的帮助下,申请了一个软件著作权登记证书。《室内土工实验 数据计算绘图软件》,是通过计算机编程的方法解决工程实验中的难题,取得 良好效果,获得河南省教育厅举办的教育信息化应用成果奖二等奖、河南省电 化教育馆优秀论文三等奖。 项目组成员思想积极活跃,参加国家级创新创业项目,结构模型设计比赛等。 项目组成员熟悉计算机图形学以及土木工程信息技术,具有较好的编程能力。二、项目研究背景 目前建筑物建设高度越来越高,在施工时往往需要开挖深基坑。基坑开挖时有 放坡开挖和支护开挖方式。无论是放坡开挖还是支护开挖,都需要事先对基坑 工程进行设计。在设计过程中需要做大量的计算工作,这些计算工作使用程序 软件计算替代工程师手算,会增加工作效率提高准确性。目前,项目团队已经 做了不少工作,已经申请了一项软件著作权《室内土工实验数据计算绘图软件》,可以计算出土体的力学参数。结合土体的性质,我们已经掌握了进行土 体边坡稳定性分析的计算方法和流程。现在需要通过写程序,把传统上手算流程,用程序进行计算和设计。尤其是在城市市区,开挖施工场地的局限,往往 需要对基坑边坡进行验证和支护,以免对邻近的周围其他建筑物造成不利影响。通过我们的这个项目,把之前繁芜复杂的验算和设计流程编制成计算机程序, 对边坡工程和基坑稳定的验证和设计变得轻松简单,实现更高的社会效益和经 济效益。 三、国内外的研究现状及研究意义

边坡稳定性计算说明

边坡稳定性计算 一、编制依据 为保证挖方施工安全,施工现场做到“安全、文明”,满足施工进度要求,以下列法律、法规、标准、规范、规程、相关文件为强制性前提,进行边坡稳定性计算。 1、现有施工图设计; 2、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000); 3、《路桥施工计算手册》(人民交通出版社); 4、《土力学与地基基础》; 二、工程概况及地质情况 岢岚至临县高速公路是《山西省高速公路网规划》“3纵11横11环”中西纵高速公路的重要组成部分,也是山西省西部把第四横(保德-五台长城岭)和第五横(平定杨树庄—佳县)高速公路窜连起来的重要路段。 项目区路线走廊带地形起伏极大,总体地势为东北高西南低,地貌主体为隆起的基岩中山与黄土梁峁,部分区域为海拔较低的河流沟谷及冲沟,。受构造活动和水流侵蚀作用的影响,本区地形切割剧烈,河谷发育,沟壑纵横,依据地貌成因类型及其显示特征,将本区划分为黄土丘陵区、侵蚀堆积河川宽谷区、山岭区、黄土覆盖中低山区四个地貌单元,岩性主要为第四系冲、坡积及风积粉土及粉质粘土等。 三、计算 本项目地形复杂,涵洞、桩基及路基施工作业面比较多。根据挖方路段在全线的分布情,选择有代表性路段进行分析计算。由于项目地质挖方为风积粉土及粉质粘土,是典型的黄土地貌。根据施工图纸给出的计算参数,对于黄土挖方路段,拟定边坡参数γ=19g/cm3,C=40 Kpa,φ=29°,采用瑞典条分法进行计算,稳定安全系数达到1.2以上。 3.1 瑞典条分法原理 如图所示边坡,瑞典条分法假定可能滑动面是一圆弧AD,不考虑条块两侧的作用力,即假设Ei和Xi的合力等于Ei+1和Xi+1的合力,同时它们的作用线

边坡稳定性分析

边坡稳定性分析 内容摘要 目前,边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务,对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。论文首先简要阐述了边坡工程稳定性分析及处治技术研究的意义,介绍了边坡工程稳定性分析的一些常用方法,并结合笔者的实践经验,提出了边坡工程处治对策。 边坡稳定分析是岩土工程中的重要研究课题。边坡稳定性分析的观点变化是随着人类理论方面的突破和实践经验的积累而变化的。总的来说,边坡稳定性分析是一个逐步由定性分析向定量、半定量分析发展的过程,并且可视化程度越来越高。文章从定性分析、定量分析、不确定分析等角度介绍了几种主要的边坡稳定性分析方法 关键词:边坡;边坡稳定性;边坡失稳;稳定性分析;处治对策 1

边坡稳定性分析 目录 内容摘要 (1) 1绪论 (4) 1.1 边坡稳定性概念 (4) 1.1.1 边坡体自身材料的物理力学性质 (4) 1.1.2 边坡的形状和尺寸 (5) 1.1.3 边坡的工作条件 (5) 1.1.4 边坡的加固措施 (5) 1.2 边坡的稳定性表示方法 (5) 1.3 边坡破坏 (6) 2 边坡的分类 (6) 3 边坡稳定性的影响因素 (7) 3.1 潜在影响因素 (7) 3.1.1 地形因素 (7) 3.1.2 地质材料因素 (7) 3.1.3 地质构造因素 (8) 3.2 诱发影响因素 (8) 3.2.1 环境因素 (8) 3.2.2 人为因素 (9) 4 边坡稳定性的分析方法 (10) 4.1 定性分析方法 (10) 4.1.1 工程地质类比法 (10) 4.1.2 地质分析法(历史成因分析法) (10) 4.1.3 图解法 (10) 4.1.4 边坡的分析数据库和专家系统 (11) 4.2 定量分析方法 (11) 4.2.1 极限平衡法 (11) 2

深基坑边坡稳定性计算书

... . . 土坡稳定性计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业、《实用土木工程手册》第三版文渊编著人民教同、《地基与基础》第三版中国建筑工业、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算,由于该计算过程是大量的重复计算,故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果,省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算,假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体,还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法:瑞典条分法; 考虑地下水位影响; 基坑外侧水位到坑顶的距离(m):1.56; 基坑侧水位到坑顶的距离(m):14.000; 放坡参数: 序号放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 条分块数 0 3.50 3.50 2.00 0.00 1 4.50 4.50 3.00 0.00 2 6.20 6.20 3.00 0.00 荷载参数: 土层参数:

序号土名称 土厚 度 (m) 坑壁土的重 度γ(kN/m3) 坑壁土的摩 擦角φ(°) 粘聚力 (kPa) 饱容重 (kN/m3) 1 粉质粘土15 20.5 10 10 20.5 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定,滑动面呈曲面,通常滑动面接近圆弧,可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条,从土条中任意取出第i条,不考虑其侧面上的作用力时,该土条上存在着: 1、土条自重, 2、作用于土条弧面上的法向反力, 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数,考虑安全储备的大小,按照《规》要求,安全系数要满足>=1.3的要求。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数,考虑安全储备的大小,按照《规》要求,安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式:

浅谈边坡稳定性及常用的处理方法

坡工程结课论文—— 浅谈边坡稳定性及常用的处理方法 摘要:目前,边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务,对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。论文首先从岩土体变形破坏的机理出发准确分析边坡破坏类型,再者简要分析了影响边坡失稳的因素,并介绍了边坡工程稳定性分析的一些常用方法。 关键词:边坡岩土体变形机理稳定性分析边坡处理措施 前言:我国是一个多地质灾害的国家,在众多的地质灾害中,边坡失稳灾害以其分布广危害大,而对国民经济和人民生命财产造成巨大的损失。因此,研究边坡变形破坏的过程,分析其失稳的主要影响因素,对正确评价边坡的稳定性、采取相应有效的边坡加固治理措施具有重要的现实意义。 1、岩土体变形破坏机理 深入理解破坏机理才能准确有效的理解工程中常用的边坡处理方法。岩土体变形破坏机理可分为岩质边坡和土质斜坡。岩质边坡破坏类型可分为: 1.1滑移—压致拉裂,即在平缓层体坡中河谷下切或边坡开挖引起的坡体沿平缓结构面向坡前临空方向产生的蠕变滑移。 1.2滑移—拉裂,在中缓外层状坡或顺坡向结构面较发育的块状斜坡中,斜坡岩体沿下扶软弱面向坡前滑移动。 1.3滑移—弯曲,由于前缘滑移面未临空,使下滑受阻,以致坡脚附近顺层梁承受压应力,使之弯曲变形。此外还会有,弯曲-拉裂和拉裂—剪出的情况。而岩土体变形特点可以归为张裂变形、滑移变形、蠕动变形等。从岩土体最终破坏方式上讲,不外乎崩和滑。高度饱和土坡有事会出现石流破坏。 2、边坡稳定性的影响因素 边坡在形成的过程中,其内部原有的应力状态发生了变化,引起了应力集中和应力重分布等。为适应这种应力状态的变化,边坡出现了不同形式和不同规模的变形与破坏,这是推动边坡演变的内在原因;各种自然条件和人类的工程活动等也使边坡的内部结构出现了相应的变化,这些条件是推动边坡演变的外部因素。

边坡稳定计算

附件四:边坡稳定性计算书 1、汽机房区域边坡稳定性计算书(适用于基坑基底标高为-7.00m~-9.00m)H=8.5m 天然放坡支护 ---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 放坡信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ] ----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ] ---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ] ---------------------------------------------------------------------- 天然放坡计算条件: 计算方法:瑞典条分法 应力状态:总应力法 基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m 基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m 条分法中的土条宽度: 1.00m 天然放坡计算结果:

深基坑边坡稳定性计算书

土坡稳定性计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业出版社、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著人民教同出版社、《地基与基础》第三版中国建筑工业出版社、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算,由于该计算过程是大量的重复计算,故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果,省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算,假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体,还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法:瑞典条分法; 考虑地下水位影响; 基坑外侧水位到坑顶的距离(m):1.56; 基坑内侧水位到坑顶的距离(m):14.000; 放坡参数: 序号放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 条分块数 0 3.50 3.50 2.00 0.00 1 4.50 4.50 3.00 0.00 2 6.20 6.20 3.00 0.00 荷载参数: 土层参数:

序号土名称 土厚 度(m) 坑壁土的重 度γ(kN/m3) 坑壁土的内 摩擦角φ(°) 粘聚力 (kPa) 饱容重 (kN/m3) 1 粉质粘土15 20.5 10 10 20.5 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定,滑动面呈曲面,通常滑动面接近圆弧,可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条,从土条中任意取出第i条,不考虑其侧面上的作用力时,该土条上存在着: 1、土条自重, 2、作用于土条弧面上的法向反力, 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数,考虑安全储备的大小,按照《规范》要求,安全系数要满足>=1.3的要求。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数,考虑安全储备的大小,按照《规范》要求,安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式:

常用的边坡稳定性分析方法

常用的边坡稳定性分析方法

第一节概述 (1) 一、无粘性土坡稳定分析 (1) 二、粘性土坡的稳定分析 (1) 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (1) 四、土坡稳定分析讨论 (1) 第二节基本概念与基本原理 (1) 一、基本概念 (1) 二、基本规律与基本原理 (2) (一)土坡失稳原因分析 (2) (二)无粘性土坡稳定性分析 (3) (三)粘性土坡稳定性分析 (3) (四)边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (7) (五)土坡稳定分析的几个问题讨论 (8) 三、基本方法 (9) (一)确定最危险滑动面圆心的方法 (9) (二)复合滑动面土坡稳定分析方法 (9)

常用的边坡稳定性分析方法 土坡就是具有倾斜坡面的土体。土坡有天然土坡,也有人工土坡。天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡,如山坡、江河的岸坡等;人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物,如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法,学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。 第一节概述 学习土坡的类型及常见的滑坡现象。 一、无粘性土坡稳定分析 学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程,坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。 二、粘性土坡的稳定分析 学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 学习稳定渗流期、施工期、地震期边坡稳定分析方法。 四、土坡稳定分析讨论 学习讨论三个问题:土坡稳定分析中计算方法问题、强度指标的选用问题和容许安全系数问题。 第二节基本概念与基本原理 一、基本概念 1.天然土坡(naturalsoilslope):由长期自然地质营力作用形成的土坡,称为天然土坡。 2.人工土坡(artificialsoilslope):人工挖方或填方形成的土坡,称为人工土

边坡稳定性计算方法11111

一、边坡稳定性计算方法 在边坡稳定计算方法中,通常采用整体的极限平衡方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不同的分析模式。边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同,粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形;细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形;滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。这里将主要介绍边坡稳定性分析的基本原理以及在某些边界条件下边坡稳定的计算理论和方法。 (一)直线破裂面法 所谓直线破裂面是指边坡破坏时其破裂面近似平面,在断面近似直线。为了简 化计算这类边坡稳定性分析采用直线破裂面法。能形成直线破裂面的土类包括:均质砂 性土坡;透水的砂、砾、碎石土;主要由内摩擦角控制强度的填土。 图 9 - 1 为一砂性边坡示意图,坡高 H ,坡角β,土的容重为γ,抗 剪度指标为c、φ。如果倾角α的平面AC面为土坡破坏时的滑动面,则可分析 该滑动体的稳定性。 沿边坡长度方向截取一个单位长度作为平面问题分析。 图9-1 砂性边坡受力示意图已知滑体ABC重 W,滑面的倾角为α,显然,滑面 AC上由滑体的重量W= γ(Δ ABC)产生的下滑力T和由土的抗剪强度产生的抗滑力Tˊ分别为: T=W · sina 和 则此时边坡的稳定程度或安全系数可用抗滑力与下滑力来表示,即 为了保证土坡的稳定性,安全系数F s 值一般不小于 1.25 ,特殊情况下可允许减小到 1.15 。对于C=0 的砂性土坡或是指边坡,其安全系数表达式则变为 从上式可以看出,当α =β时,F s 值最小,说明边坡表面一层土最容易滑动,这时

当 F s =1时,β=φ,表明边坡处于极限平衡状态。此时β角称为休止角,也称安息角。 此外,山区顺层滑坡或坡积层沿着基岩面滑动现象一般也属于平面滑动类型。这类滑坡滑动面的深度与长度之比往往很小。当深长比小 于 0.1时,可以把它当作一个无限边坡进行分析。 图 9-2表示一无限边坡示意图,滑动面位置在坡面下H深度处。取一单位长度的滑动土条 进行分析,作用在滑动面上的剪应力为,在极限平衡状态时,破坏面上的 剪应力等于土的抗剪强度,即 得 式中N s =c/ γ H 称为稳定系数。通过稳定因数可以确定α和φ关系。当c=0 时,即无粘性 土。α =φ,与前述分析相同。 二圆弧条法 根据大量的观测表明,粘性土自然山坡、人工填筑或开挖的边坡在破坏时,破裂面的形状多呈近似的圆弧状。粘性土的抗剪强度包括摩擦强度和粘聚强度两个组成部分。由于粘聚力的存在,粘性土边坡不会像无粘性土坡一样沿坡面表面滑动。根据土体极限平衡理论,可以导出均质粘这坡的滑动面为对数螺线曲面,形状近似于圆柱面。因此,在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定上稳定分析方法称为圆弧滑动法和圆弧条分法。 1. 圆弧滑动法 1915 年瑞典彼得森( K.E.Petterson )用圆弧滑动法分析边坡的稳定性,以后该法在各国得到广泛应用,称为瑞典圆弧法。 图 9 - 3 表示一均质的粘性土坡。AC 为可能的滑动面,O为圆心,R 为半径。假定 边坡破坏时,滑体ABC在自重W 作用下,沿AC绕O 点整体转动。滑动面 AC 上的力 系有:促使边坡滑动的滑动力矩 M s =W · d ;抵抗边坡滑动的抗滑力矩,它应该包括由 粘聚力产生的抗滑力矩M r =c ·AC · R ,此外还应有由摩擦力所产生的抗滑力矩,这里 假定φ= 0 。边坡沿AC的安全系数F s 用作用在 AC面上的抗滑力矩和下滑力矩之比表 示,因此有 这就是整体圆弧滑动计算边坡稳定的公式,它只适用于φ= 0 的情况。 图9-3 边坡整体滑动 2. 瑞典条分法 前述圆弧滑动法中没有考虑滑面上摩擦力的作用,这是由于摩擦力在滑面的不同位置其方向和大小都在改变。为了将圆弧滑动法应用于φ> 0 的粘性土,在圆弧法分析粘性土坡稳定性的基础上,瑞典学者 Fellenius 提出了圆弧条分析法,也称瑞典条分法。条会法就是将滑动土体竖向分成若干土条,把土条当成刚塑体,分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩,然后按式( 9-5 )求土坡的稳定安全系数。 采用分条法计算边坡的安全系数F ,如图 9 - 4 所示,将滑动土体分成若干土条。土条的宽度越小,计算精度越高,为了避免计算过于繁

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