第8章边坡地震稳定分析
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3 •滑坡（landslide）: 土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移，以至丧失原有稳定性的现象。
边坡稳定性分析方法
边坡稳定性分析方法边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。
岩土边坡是一种自然地质体，一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割，使边坡存在削弱面，在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下，使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。
边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。
其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。
边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。
1 边坡稳定性研究发展状况边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代，最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算，直到60年代初，岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。
早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的：一是借用刚体极限平衡理论，根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。
二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析，但基本上都是单因素的。
50年代，我国许多工程地质工作者，在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法，也是偏重于描述和定性分析。
60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件，使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体，边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程，每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程，这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释，从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。
进入80年代以来，边坡稳定研究进入了蓬勃发展的新时期。
一方面随着计算理论和计算机科学的迅猛发展，数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。
边坡稳定性分析的研究也开始采用数值模拟手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程，从岩石力学和数学计算的角度认识边坡变形破坏机制，认识边坡稳定性的发展变化。
第八章+土坡稳定性分析
土力学与地基基础
• 由于计算上述安全系数时，滑动面为任意 假定，并不是最危险的滑动面，因此所求 结果并非最小的安全系数。通常在计算时 需要假定一系列滑动面，进行多次试算， 计算工作量很大。 • W.费伦纽斯（Fellenius,1927）通过大量计 算分析，提出了以下所介绍的确定最危险 滑动面圆心的经验方法。
土力学与地基基础
瑞典条分法和毕肖普法的比较
• 瑞典条分法忽略各条间力对Ni的影响，i土 条上只有Gi,Ni,Ti三种力作用，低估安全系 数5~20%。 • 毕肖普法忽略土条竖向剪切力的作用，考 虑了土条两侧的作用力，比瑞典条分法更 合理，低估安全系数约为2~7%。
土力学与地基基础
li
K
1 m cb Gi ui b X i tan i
G sin
i
i
土力学与地基基础
• 毕肖普条分法考虑了土条两侧的作用力， 计算结果比较合理。 • 分析时先后利用每一土条竖向力的平衡及 整个滑动土体的力矩平衡条件，避开了Ei 及其作用点的位置，并假定所有的 X i 均等 于零，使分析过程得到了简化。 • 但该方法同样不能满足所有的平衡条件， 还不是一个严格的方法，由此产生的误差 约为2%～7%。另外，毕肖普条分法也可以 用于总应力分析，即在上述公式中采用总 应力强度指标c、φ计算即可。
土力学与地基基础
土坡形态及各部分名称
坡肩 坡顶
坡高 坡脚
坡面
坡角
土力学与地基基础
土力学与地基基础
土力学与地基基础
土力学与地基基础
4.土坡由于其表面倾斜，在自重或外部荷 载的作用下，存在着向下移动的趋势， 一旦潜在滑动面上的剪应力超过了该面 上的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏, 就可 能造成土坡中一部分土体相对于另一部 分的向下滑动，该滑动现象称为滑坡。 5.天然的斜坡、填筑的堤坝以及基坑放坡 开挖等问题，都要演算土坡的稳定性。 亦即比较可能滑动面上的剪应力与抗剪 强度，这种工作称为稳定性分析。
边坡的稳定性分析
振动作用
累积效应。边坡中由地震引起的附加力，通常以 边坡变形体的重量W与水平地 震加速度Kc之积表示， 即为KcW。在边坡稳定性计算中，一般将地震附加力 考虑为水平 指向坡外的力。边坡岩土体位移量的大 小不仅与震动强度有关，也与经历的震动次数有 关 ，频繁的小震对斜坡的累进性破坏起着十分重要的作 用，其累积效果使影响范围内的岩 体结构松动，结 构面强度降低。
图2-9某露天矿山爆破效应分区 (a)直接破碎区；(b)岩体崩坍区；(c)松动区；(d)地表变形裂缝区
效应分区
贵州大学
边坡形状与断面形态
边坡形状及表面形态指边坡的外形、坡高、坡度 、断面形态以及边坡临空程度等。目前的稳定性分 析方法通常把边坡看成二维，且假定边坡从坡顶到 坡底是一个平面；而实际 上边坡在平面图上总是弯 曲的，在断面图上往往也是弯曲的。边坡形态对边 坡稳定有一定程度的影响，主要表现在以下方面。 A.边坡外形 B.边坡坡度和坡高 C.边坡断面形态
贵州大学
二、水化学作用对岩土体的影响
在岩土体遇水的情况下，受水化学作用后产生 的易溶矿物随水流失，而难溶或结晶矿物则残留原 地，结果致使岩土体的孔隙增大，岩土体因此变得 松散脆弱。当岩土失水又浸水时，某些矿物与进入 岩土颗粒孔隙中的水作用后出现体积膨胀的现象， 这种体积膨胀是不均匀的，从而使得岩土体内部产 生了不均匀的应力，最终导致了矿物颗粒的碎裂解 体，表现出土体软化和崩解。于是岩土的内摩擦角 和粘聚力随之而减小。而边坡地下水位的升降正是 诱发岩土浸水—失水—再浸水这一反复循环的直接 因素，因此，对边坡变形的发展有着较大的影响。
四、水的物理作用
水对边坡岩土体的作用是多方面的，包 括材料性质、软化、冲刷等，这些作用都 将影响边坡的稳定性。一般而言，水的物 理作用往往具有突发性，从而对边坡的稳 定性构成较大的威胁。
地震对边坡稳定性影响分析
方 面 ：一是地震荷载诱发超静孑 隙水压 力的增大 、有 Ｌ 效应力 的降低 ，从而降低 了土体 的抗 剪强度 ；二是地 震惯性力 的作用增大 了土压力 ，改变 了土体 的应力状 态 。有 的文献则将地震对边坡稳定性 的影 响划分为 累
积效应和触发效应两方 面 ，前者 主要表现 为地震作用 引起 边坡 岩土体塑 性破坏 和孑 隙水 压力 累积上升 等 ， Ｌ 后者 主要 表现 为地 震作 用诱 发 边 坡 的软 弱层 触 变 软
７ ７％ 。特 别 是 发 生 在 今 年 ５月 １ 日的 汶 川 大 地 震 ， ２
作用下 的安全 系 数 。在 条 分法 计算 地 震 边坡 稳 定性 时 ，一般采用下式计算 土条重心处 的水平地震力 Ｆ
Ｆ ｈ＝ Ｃ ・ ・ ｈ ・ Ｃ Ｋ ・ Ｇ （） １
式 中 ｃ 为重要性修正 系数 ；Ｃ 为综合影响系数 ； 为水平地 震作用 沿 高度增 大 系数 ；Ｋ 为该 地 区的水
平地震 系数 ；Ｇ 为第 ｉ ； 条土条 的 自重 。
近 些 年 竖 向 地震 力 的影 响逐 渐 被 重 视 起 来 。相 关
由于震 区主要为 山岭地貌 ，地震引发 的崩塌 、滑坡 等 次生地质灾 害非 常多 ，这也是汶川地震 比唐 山地震破
坏更严重 的一个 主要原 因。据不 完全统计 ，截 至 ５月 ２ １日仅汶川 和北川 两个 县城 外 围就 发现 ２ ０余 处崩 ０
２ 地震 荷 载
大量地震灾害调查表 明，地震诱发 的边 坡滑动是
地震荷载 又称地震力 ，是结构物 因地 震而受到 的
地震灾害主要类型之一 。在山 区和丘 陵地 带 ，地震诱 发 的滑坡往往 具有 分布广 、数 量 多和危 害大 的特点 。
边坡稳定性分析—
第一章绪论1．1引言边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。
随着我国基础设施建设的蓬勃发展，在建筑、交通水利、矿山等方面都涉及到很多边坡稳定问题。
边坡的失稳轻则影响工程质量与施工进度，重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。
因此，边坡的勘察监测、边坡的稳定性分析、边坡的治理，是降低降低灾害的有效途径，是地质和岩土工程界重点研究的问题。
随着城市化进程的加速和城市人口的膨胀，越来越多的建筑物需要被建造，城市的用地也越来越珍贵。
特别是对于长沙这样多丘陵的城市来说，建筑边坡成为了不可避免的工程。
1.2边坡破坏类型边坡的破坏类型从运动形式上主要分为崩塌型和滑坡型。
崩塌破坏是指块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。
一般情况岩质边坡易形成崩塌破坏，且在崩塌过程中岩体无明显滑移面。
崩塌破坏一般发生在既高又陡的岩石边坡前缘地段，破坏时大块岩体由于重力或其他力学作用下与岩坡分离而倾倒向前。
崩塌经常发生在坡顶裂隙发育的地方。
主要原因有：风化等作用减弱了节理面的黏聚力，或者是雨水进入裂隙产生水压力，或者是气温变化、冻融松动岩石，或者是植物根系生长造成膨胀压力，以及地震、雷击等外力作用（图1-1）。
滑坡是指岩土体在重力作用下，沿坡内软弱面产生的整体滑动。
与崩塌相比滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往往深入坡体内部，甚至可以延伸到坡脚以下。
其滑动速度虽比崩塌缓慢，但是不同的滑坡滑动速度相差很大，这主要取决于滑动面本身的物理力学性质。
当滑动面通过塑性较强的岩土体时，其滑动速度一般比较缓慢；相反，当滑动面通过脆性岩石，且滑动面本身具有一定的抗剪强度，在构成滑面之前可承受较高的下滑力，那么一旦形成滑面即将下滑时，抗剪强度急剧下降，滑动往往是突发而迅速的。
滑坡根据滑动模式和滑动面的纵断面形态可以分为平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动以及复合形。
当滑动面倾向与边坡面倾向基本一致，并且存在走向与边坡垂直或接近垂直的切割面，滑动面的倾角小于坡角且大于其摩擦角时有可能发生平面滑动。
地震作用下边坡的稳定性分析
地震作用下边坡的稳定性分析作者：罗轶马艳波来源：《价值工程》2019年第26期摘要：地震作用下边坡的稳定性分析较为复杂，也是近年来的热点课题。
四川“5.12”汶川地震后，相关学者针对边坡的地震响应做了很多研究。
文章以某工程边坡受地震影响为例，采用拟静力法和数值分析法，探讨了一定的地震时程加速度影响下，该边坡的变形位移情况，并对其地震影响作用下的稳定性进行了研究。
Abstract： The stability analysis of slopes under earthquake action is complex and is a hot topic in recent years. After the "5.12" Wenchuan earthquake in Sichuan， relevant scholars have done a lot of research on the seismic response of the slope. Taking the influence of an engineering slope as an example， the quasi-static method and numerical analysis method are used to investigate the deformation displacement of the slope under the influence of certain time-history acceleration， and the stability under the influence of the earthquake is studied.关键词：岩质边坡;动力响应;稳定性评价Key words： rock slope;dynamic response;stability evaluation中图分类号：U213.1+3; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1006-4311（2019）26-0143-021; 概述边坡的地震反应分析不仅与边坡岩土体的动力特性有关，且与输入地震动力的特性密切相联，远比边坡的静力分析复杂。
地震边坡稳定性的工程地质分析
,
。
若地 下 水埋 深较低 则 出现地震 时 会 导
,
,
。
致 孔 隙 的 水压 增 加进 而 形 成 累积效 应
, 、
进 而 引起 边坡 形 成永久 性 位移
。
。
【 关键 词 」 地 震 灾 害 边 坡稳 定 性 工 程地 质
6 年第 0 1 2
1 期
文
化
月 T t f o 叮日 门 t丁 热 } ts
i爵氢畏
地 震 边坡稳 定 性 的工 程 地质 分 析
.
李东林
,
(成 都 理 工 大 学 四 川 成 都
6 20 0 5 9
பைடு நூலகம்
)
,
【 摘
要】 地 震 是 一 种 十 分 常见 的 自然 灾 害 在 发 生 地 震 的 过程 中 会 对边
; ;
、
如永久 性 位移达到 一 定水平 后 就 有 几率 出 现边坡失 稳 的情 况
下 水 的 补 径 与 排水条件 会 直接 影 响 孔 隙水压力 的 累 积
。
,
边坡地
假如地 下 水排
地震作为 一 种 自然 灾害对 于 社会 生产 破坏力
。
经济发 展 都 有 着 十 分严重 的
, ,
泄环境正 常 孔 隙水压力难 以 积 聚 则不 会 对边坡动力 稳定 性 造 成 影 响气
, ,
(三 )水 文 地质 的 影响
重 地 震 灾 害频 发 使 得 地 震 所 形 成 的 破 坏 愈加 严 重
,
。
现 文 章主 要针 对 地
水 文地质环境对 于 边坡 稳 定 性 的 影 响 主 要 体现在地 下 水位 的埋深 以 及边坡地 下 水 的 补 径 排方 面
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圆弧滑面边坡稳定性
非圆弧滑面边坡稳定性
Sweden条分法 Bishop条分法 不平衡推力法 通用条分法
边坡稳定性 程序编制
多点、多向地震动作用边坡稳定性影响因素研究
几何参数 土性参数 地震动参数 双层边坡 不同滑面
不同地震动输 入边坡稳定性
双江口土石坝坝坡稳定性研究
研究内容
1. 引入多点、多向地震荷载
aHi (t) aVi (t)
B
aVi-1 aHi
aVj aHj
n
…..
A
aHi-1 aVi
j+1 j
1 23
i-1 i
......
kHi (t)＝iaHi (t) / g
QHi＝kHi (t)Wi
kVi (t)＝iaVi (t) / g
QVi＝kVi (t)Wi
研究内容
2. 圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析
Donald
1.39 1.00
\
陈祖煜
1.385 1.007
\
本文
Sweden法 Bishop法
1.160
1.405
0.921
1.017
0.954
1.034
研究内容
3. 非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析 不平衡推力法
Pi-1 QHi
QVi
Wi
Pi
θi
Ti
Ni
切线平衡 Ti Pi Pi1 cos(i1 i ) Wi sini QHi cosi QVi sini 0 法线平衡 Ni uili Wi cosi Pi1 sin(i1 i ) QHi sini QVi cosi 0
y+dy yt+dyt
Z+dZ Z
yt y
q
E+dE β+dβ
dx X
dQH
dQV
ΔW
G
β E
G+dG X+dX
θ dT
dN
x y
研究内容
通用条分法(力平衡)
x方向： dN sin dT cos dQH d (G cos ) 0 y方向： dN cos dT sin (W qdx) dQV d (G sin ) 0
第8章
多点、多向地震作用下边 坡稳定性分析
主要内容
1 研究背景
2 研究现状
3 研究内容
多点、多向地震动荷载引入 多点、多向地震边坡稳定性圆弧滑面极限平衡条分法 多点、多向地震边坡稳定性非圆弧滑面极限平衡条分法 多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究 工程实例分析
研究背景
微分形式
cos(e
)
dG dx
sin(e
)G
i )
显式表达
Pi FsWi sini (Wi cosi uili ) tan i i Pi1 cili QHi[cosi tani sini ] QVi[sini tani cosi ]
i cos(i1 i ) tan i sin(i1 i )
研究内容
3. 非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析 通用条分法土条受力示意图
土层2：γ=19.5kN/m3,
φ=23°,c=5.3kPa
土层3
土层3：γ=19.5kN/m3,
φ=20°,c=7.2kPa
计算 条件
地震激励点位于滑面底部端点处A 地震动输入在各个土条重心处 视波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.15g
计算工况
不考虑地震 单点、单向
考虑地震 多点、多向
n1
A
QHi
Ei
hi Ei+1 i
QVi
Wi Ti
N＇i
li Ui
N
[cbi Wi (1 ru seci ) tani QVi tani]/[cos（i 1 tani tani/ Fs）]
Fs (t) n1
N
(Wi sini
n1
QHi
eHi R
QVi sini )
研究内容
算例1
均 质 土 坡
计算工况
本文 Donald 陈祖煜
Sweden法 Bishop法
不考虑地震
1.00 0.991 0.909
1.008
单点、单向 \
\
0.735
0.781
考虑地震
多点、多向 \
\
0.754
0.804
研究内容
算例2 非 均 质 土 坡
土层1：γ=19.5kN/m3,
土层1
φ=38°,c=0kPa
土层2
研究内容
隐式表达
不平衡推力法
Pi Wi sini (Wi cosi uili ) tani / Fs i Pi1 cili / Fs QHi[cosi sini tani / Fs ] QVi[sini cosi tani / Fs ]
i
cos(i1
i )
tan i
Fs
sin(i1
5.12汶川地震诱发滑坡灾害
海地地震滑坡航拍图(2010)
克什米尔地震滑坡(2005)
研究背景
2. 工程建设的需要
➢三多：山多、地震多、建设多 随时间、空间变化 50m
➢地震动： 竖向地震动不可忽视
2倍
对于尺寸较大的高边坡及土石坝进行多点、多 向地震动作用下的稳定性分析具有重要意义
研究现状
研究现状
Fs (t) n1
N
(Wi sini
n1
QHi
eHi R
QVi sini )
研究内容
2. 圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析
eVi
Bishop条分法
O R
Wi QVi Ti sin Ni cosi 0
bi
eHi
B
N
(Wi sini R Ti R QHi eHi QVi eVi ) 0
Elevation/m H=10m
ACAD考题(Donald I. B. and Giam K. Y.,1992)
A γ=20.0kN/m3, φ=19.6°,c=3kPa
Distance/m
计算 条件
地震激励点位于滑面底部端点处A 地震动输入在各个土条重心处 视波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.2g
多点地震作用大跨度结构
比较复杂，值得研究
地震边坡稳定研究
理论计算
拟滑 数 静块 值 力方 模 法法 拟
现场调查
试验研究
研究现状
存在问题
边坡地震动输入
形式单一
地震边坡稳定性分析 方法不成熟
有必要开展多点、多向地震动作用下 边坡稳定性研究
研究内容
技术路线
多点、多向地震动作用边坡稳定性研究
多点、多向地 震动输入
eVi
Sweden条分法
O R
bi
eHi
B
Ni U Wi cosi QHi sini QVi cosi
A N
(Ti R Wi sini R QHi eH QVi eVi ) 0
n1
QHi
hi
QVi
Wi Ti
i
N＇i
li Ui
N
[Wi (cosi rui seci ) tani cibi seci (QHi sini QVi cosi ) tani]