土体边坡稳定性分析的统一强度理论解_张伯虎[1]
第八章 同济土力学土坡稳定分析2013
土坡滑动失稳的实质是土坡内滑动面上各点作用的 滑动力超过了土体的抗剪强度。 土坡的稳定程度通常用稳定安全系数来衡量，它表 明土坡在预计的最不利条件下具有的安全保障。 土坡的稳定安全系数可定义为滑动面上抗滑力矩与 滑动力矩之比(抗滑力与滑动力之比)，或实有的抗 剪强度与土坡中最危险滑动面上产生的剪应力之比。
第八章
土坡稳定分析
主要内容 主要内容
§8.1概述 §8.2砂性土土坡的稳定分析 §8.3粘性土土坡稳定分析 §8.4土坡稳定分析问题的进一步讨论
§8.1
由于地质作用而自 然形成的土坡 在天然土体中开挖 或填筑而成的土坡 滑坡：边坡因丧失稳 定性而滑动的现象
概述
天然土坡 人工土坡 坡顶 山坡、江 河岸坡 路基、堤坝
Wi tg ϕ + ci li cos β i ∑ ms i =1
n
∑ W sin β
i =1 i
n
i
例题分析 【例】某土坡如图所示。已知土坡高度H=6m，坡角 β=55°，土的重度γ =18.6kN/m3，内摩擦角ϕ =12°，粘
聚力c =16.7kPa。试用费伦纽斯条分法验算土坡的稳定安 全系数
一、圆弧滑动整体稳定分析法
d
O
R
C
D
假定滑动面为圆柱 面，截面为圆弧，利 用土体极限平衡条件 下的受力情况：
K = M M
f s
A
) ) τ f LR τ f LR ) = = τ LR Wd
f
W
N
饱和软粘土，不排 水剪条件下，ϕu＝ 0，τf＝cu
F
s
滑动面上的最 大抗滑力矩与 滑动力矩之比
) cu L R = Wd
i
b
土坡稳定 安全系数
边坡稳定性分析方法2011
边坡稳定性分析方法
31
2. 平衡条件（各力对O的力矩平衡）
O
R
(1) 滑动力矩： M s wd
(2) 抗滑力矩：
B
C
W
d A
e
e
e
M R 0 f de R 0 (c ntg )de R [cAc 0 ntgde R
(3)
安全系数：
Fs
用途：求稳定系数时 缺点：没有考虑岩土体内部的应力应变关系
无法分析边坡破坏的发生和发展过程 无法考虑变形对边坡稳定的影响 没有考虑岩土体与支挡结构的共同作用及其变形协调
当边坡破坏机制复杂或边坡分析需要考虑应力变形时，宜结 合数值分析法进行分析。
边坡稳定性分析方法
边坡稳定性计算方法（31）（建筑边坡 工程技术规范GB 50330-2002 ）
5）当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析方法进行。
边坡稳定性分析方法
27
2 工程地质类比法
2.1边坡稳定条件形态对比法
2.2边坡失稳条件对比法
边坡稳定性分析方法
28
3 刚体极限平衡法
目前边坡稳定分方法许多都是建立在极限平衡理论之上， 而且大都采用刚体极限平衡法，这些方法简单易行。其 基本出发点是把岩块作为一个刚体，为方便计算作一些 假定，不考虑岩石的应力应变关系，因而这种建立在刚 体极限平衡理论上的稳定分析方法无法考虑边坡的变形 与稳定。
(3). 简单 条分 法计 算步
骤
边坡稳定性分析方法
圆心O，半径R（如图）
分条：b=R/10
编号：过圆心垂线 为0#条中线
列表计算 li Wi i
A
39
O
R
C
地震作用下土石混合体边坡稳定性分析研究
Vol.42 No.l Feb. 2022第42卷第1期2022年2月防灾减灾工程学报Journal of Disaster Prevention and Mitigation EngineeringDOI : 10.13409/ki.jdpme.201909030地震作用下土石混合体边坡稳定性分析研究"刘康琦3,刘红岩⑺(1.中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083； 2.自然资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京100083)摘要：目前对边坡进行的动力分析多是针对土质边坡或岩质边坡，忽略了土石混合体边坡这一特殊岩土体边坡，而少有的研究中都是将土石混合体边坡简化为等效均质土坡，忽略了块石的存在。
利用数字图像处理技术，建立某 一实际土石混合体边坡的细观结构模型，利用有限差分软件FLAC3D 的动力分析模块分析对比了等效均质土坡与土石混合体边坡在地変荷载作用下的变形及稳定性。
结果表明：土石混合体边坡在地震作用下首先在坡脚处出现剪切破坏，随作用时间增加逐渐在顶部产生拉裂破坏，最终形成完整的破坏带；土石混合体边坡的滑面受石块位置制约，具有“绕石现象”；在相同地震荷载作用下，土石混合体边坡破坏区贯通比等效均质土坡慢，最终产生的永久 位移比等效均质土坡产生的永久位移小，块石的存在增加了 土石混合体边坡的抗剪强度，提高了其稳定性。
关键词：数字图像处理；土石混合体边坡；地震；稳定性分析中图分类号:TU443 文献标识码：A 文章编号:1672-2132(2022)01-0224-07Stability Analysis of Soil-rock Mixture Slope under EarthquakeLIU Kangqi 12, LIU Hongyan 1,2(1. College of Engineering & Technology , China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China ；2. Key Laboratory of Deep Geodrilling Technology of Ministry of Natural Resources , Beijing 100083, China)Abstract ： At present, the dynamic analysis of slope mainly focuses on soil slope or rock slope , but ig nores soil-rock mixture slope which is a special geomaterial slope. However, few studies have simpli fied the soil-rock mixture slope into equivalent homogeneous soil slope , ignoring the existence ofblock rock. By using digital image processing tech n o l ogy, a meso _structure model of an actual soil rock mixture slope is established , and the deformation and stability of equivalent homogeneous soil slope and soil-mixture slope under seismic load are analyzed and compared by using the dynamic analy sis module of FLAC3D software. The following conclusions are drawn ： the soil-rock mixture slopefirst appears shear failure at the foot of the slope under earthquake ； then gradually develops tensile fail ure at the top with the increase of action time ； fin a lly forms a complete failure zone. The sliding sur face of the soil-rock mixture slope is restricted by the position of the rock and has the phenomenon called stone-winding phenomenon. Under the same seismic load , the failure zone of soil-rock mixture slope is slower than that of the equivalent soil slope , and the final permanent displacement is smaller than that of the equivalent soil slope. The existence of block stones increases the shear strength andstability of soil-rock mixture slope.Keywords ： digital image technology ； soil-rock mixture slope ； earthquake ； stability analysis*收稿日期：2019-09-13；修回日期：2020-02-08基金项目：国家级地质灾害应急防治项目(2019)、四川省自然资源科技计划项目(KJ-2018-23)资助 作者简介：刘康琦(1996—),男，硕士研究生。
边坡稳定性分析方法综述
天津大学网络教育学院专科毕业论文题目：边坡稳定性分析方法综述完成期限：2015年8月24日至 2015年10月25日学习中心：新疆伊犁教学中心专业名称：学生姓名：学生学号：指导教师：曹松荣边坡稳定性分析方法综述一、引言边坡包括天然斜坡和人工开挖的边坡。
自然界中的山坡、谷壁、河岸等各种斜坡形成，是地质营力作用的结果。
人类工程活动也经常开挖出大量的人工边坡，如路堑边坡，运河渠道、船闸、溢洪道边坡，房屋基坑边坡和露天矿坑的边帮等。
边坡的形成，使岩土体内部原有应力状态发生变化，出现应力重分布，其应力状态在各种自然营力及工程影响下，随着边坡演变而又不断变化，使边坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。
不稳定的天然斜坡和人工边坡，在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下，常常发生危害性的变形与破坏，导致交通中断，江河堵塞，塘库淤填，甚至酿成巨大灾害。
在工程修建中和建成后，必须保证工程地段的边坡有足够的稳定性。
边坡的工程地质问题，就是边坡的稳定性问题。
边坡稳定性分析和边坡研究的核心，也是一个十分重要的岩土工程问题。
在公路、铁路等交通设施的建设以及露天矿井、水利水电、深基坑开挖等大型的坝体工程中，都会遇到各种各样的边坡稳定性问题。
边坡失稳轻则增加投资，延长工期，重则损毁建筑物，造成人员伤亡及财产损失等。
研究边坡稳定性的目的，在于预测边坡失稳的破坏时间、规模，以及危害程度，事先采取防治措施，减轻地质灾害，使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。
本文从自然因素和人为因素分析了响边坡稳定性的因素，同时研究了边坡破坏机理及类型，并论述了边坡稳定三种方法，分别是定性分析法，定量分析法，不确定分析法。
最后，根据实际情况分析了边坡防护及加固措施。
二、影响边坡稳定性的因素边坡的稳定性因素是指在地质、水文、地貌、风化因素以及人类活动等的综合作用下所发生的一系列对边坡的正常运行产生影响的病害。
造成边坡裂缝，如不及时治理裂缝，雨水量沿裂缝下渗，进一步造成路基的不均匀沉陷和路基路面对应位置裂缝的发展，进而影响到边坡的稳定（如边坡塌滑、崩裂等）。
土压力与边坡稳定性(第5章)
C 墙后填土有地下水（地下水以下取有效重度并且考虑 静水压力的影响）
以成层填土为例
粘性土
当墙后填土有几种不同种类的水平土层时。若求某层离填土面深 为z处的土压力强度，则需先求出该处的竖向压力，然后乘以该层 的主动土压力系数，最后一定要减去该层粘聚力所引起的拉应力。 由于土的性质不同，各层土的土压力系数和粘聚力也不同。
2. 库伦土压力理论：
（1）是根据挡土墙后的土体处于极限平衡状态并形成一滑 动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。 （2）库伦土压力理论假设：
a. 挡土墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）； b. 滑动破坏面为一通过墙踵的平面;
c. 滑动土楔体为一刚塑性体，即本身无变形。
（3）对于无粘性土可以直接用理论公式进行计算，对于粘 性土则不能用理论公式直接计算粘性土的土压力； （4）库伦土压力理论考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可 用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况。库伦理论假设墙后填土 破坏时，破裂面是一平面，但实际情况却是一曲面，采用库 伦理论的计算结果与按滑动面为曲面的计算结果有出入。
主动土压力
2. 被动土压力： 当挡土墙在外力作用下 向土体方向偏移至土体 达到被动极限平衡状态 时，作用在挡土墙上的 土压力，用Ep表示。
3.静止土压力： 当挡土墙静止不动，土体 处于弹性平衡状态时，土 对墙的压力，用E0表示。
被动土压力 静止土压力
试验研究表明：在物理力学性质相同条件下，静止土压力大于 主动土压力而小于被动土压力，即有
Ⅱ
Ⅰ
主动朗肯状态时的莫尔圆
如果挡土墙继续位移，土体只能产生塑性变形，而不会改变其应力状态。
土体在水平方向压缩(被动朗肯状态)
上述单元体在水平截面上的法向应力z不变而竖 直截面上的法向应力x却逐渐增大，直至满足极限 平衡条件为止（称为被动朗肯状态）。此时，x达 到最高限值p，p是大主应力，z是小主应力，莫
土质边坡稳定性分析及破坏机理
黄土边坡
破坏条件
1、边坡坡度 小于70度；2、 坡体上仅于后 缘出现一组微 具弧状而贯通 的地裂缝；3、 降雨渗入，致 使坡体内部土 体强度降低， 使下垫隔水粘 土层泥化形成 滑动面
砂性土边坡
破坏条件 破坏特征
1、一般为平 面滑动破坏， 滑动面表现为 直线形；2、 为整体移动， 内部物质无或 有极小相对位 移，表层有局 部翻滚现象
粘 性 土 边 坡
砂性土 边坡
黄 土 边 坡
根据上表，可以看出土质边坡影响稳定性的因素主要是土体强度和水的作用，而产生的破坏形 式以滑坡为多，崩塌和坍塌是开挖边坡过程中常见的（该处应该加上坡高、坡角、坡形的影响）
4、均质土边坡的滑坡破坏条件和特征
一般粘性土边坡
破坏条件
1、边坡坡度 小于70度；2、 坡体上仅于后 缘出现一组微 具弧状而贯通 的地裂缝；3、 降雨渗入，致 使坡体内部土 体强度降低； 4、外力荷载 的影响
四、稳定性影响因素分析
内在因素：
初始应力：指开挖边坡，坡脚附近出现剪应力集中带，坡顶和坡面的一些部位可能出现张应力区， 可直接引起边坡变形破坏
岩土体性质：岩土的成因类型、组成的矿物成分、岩土结构和强度，是决定边坡稳定的重要因素
岩土体结构和构造：结构类型、结构面形状、与坡面的关系是边坡稳定的控制因素 地形地貌及临空条件：临空面、坡高、坡度、坡面形状等直接与边坡稳定性有关
外在因素：
风化作用：风化作用使岩土的强度减弱、裂隙增加，影响斜坡的形状和坡度， 地震：地震作用除了岩土体受到地震加速度的作用而增加下滑力外，在地震作用下，岩土中的孔隙 水压力增加和岩土体强度降低都对边坡的稳定不利。 人为因素：边坡的不合理设计、开挖或加载，大量施工用水的渗入及爆破等都能造成边坡失稳。 时间因素：岩土体的流变性质是影响边坡稳定及边坡加固措施的一个重要因素 水的作用：水的入渗使岩土体质量增大，岩土因被软化而抗剪强度降低，并使孔(裂)隙水压力升高；
边坡稳定性分析方法简介
边坡稳定性分析方法简介介绍了边坡稳定性分析的极限平衡法：瑞典圆弧法、简化Bishop法、简化Janbu法、Morgenstern&Price法、Spencer法以及嚴格Janbu法；以及边坡稳定的可靠性分析方法：蒙特卡洛法、可靠指标法、统计矩法、模糊可靠度分析法以及随机有限元法。
标签：边坡稳定性滑坡极限平衡法可靠性分析方法一、引言滑坡是指人工或自然边坡在外界因素的诱发下丧失自身稳定性而发生滑移的地质现象，是一种严重的地质灾害，长期以来给人类造成了巨大的财产损失和人生伤害，是人类面临的三大自然灾害之一。
我国是滑坡多发国家之一，据《中国地质环境公报》有关数据显示，我国2012年全国共发生各类地质灾害18751起，全年共造成人员伤亡1021人，其中发生滑坡灾害8971起，造成人员伤亡379人，分别占地质灾害总数的47.8%和37.1%。
因此研究边坡稳定的影响因素及滑坡的发生机理，探索滑坡的防治技术具有极高的社会价值。
鉴于此，人类对边坡稳定的研究已有将近百年的历史，这使得边坡稳定性分析的方法也极大的丰富了起来。
二、边坡稳定的极限平衡分析方法极限平衡法假定边坡出现滑动面且处于极限平衡状态，然后将边坡离散成有垂直边界的土条，假设土条为刚体（即不考虑土条的变形），建立土条的静力平衡方程，通过求解静力平衡方程得到边坡的安全系数。
1776年法国工程师库仑提出了计算挡土墙土压力的方法，标志着土力学雏型的产生；1857年朗肯在假设墙后土体各点处于极限平衡状态的基础上，建立了计算主动和被动土压力的方法；库仑和朗肯在分析土压力时采用的方法后来被推广到边坡稳定分析中，形成了一个边坡稳定性评价体系，这就是极限平衡法。
在过去将近一个世纪中，这一方法逐步从一种经验性的简化方法发展成一个具有完整理论体系、较为成熟的分析方法。
（1）瑞典圆弧法。
瑞典人Fellenius提出了边坡稳定分析的圆弧滑动分析方法，即瑞典圆弧法，它是边坡稳定分析领域中最早的一种方法。
边壁（坡稳定性分析）
边壁（坡稳定性分析）7、边壁（坡）稳定性分析一般土质边壁(坡)的常用稳定性分析方法有：极限平衡分析法；应力-应变分析法；概率分析法。
极限平衡分析法包括：Culmann 法，Taylor 法，Fellenius 条分法，Bishop 条分法，Spencer 法，Lambe ．Whitman 楔体法等。
应力-应变分析法包括：应力水平安全系数法，剪应力安全系数法和局部安全系数法。
下面主要介绍极限平衡分析法中Taylor 法和Fellenius 条分法。
当边壁(坡)向下和向外运动时，造成的土体破坏叫做滑坡或边壁(坡)破坏，滑坡常常是在外界不利因素下触发和加剧的，它们通常是由于挖方、现有坡脚下的底切、土结构的逐渐崩解、静水力的作用、振动液化、坡顶受荷、支护不及时或支护失效等所引起的。
土质边壁(坡)稳定分析属于土力学中的稳定问题，现行的分析方法很多，极限平衡分析法是其中最常用的一种。
极限平衡分析法的基本假设为：(1)假定土体是刚-塑性材料，其抗剪强度参数不取决于应变状态；(2)假定的破坏面(它可以是直线、圆弧、对数螺线，或其他不规则面)要满足库仑-莫尔强度破坏准则。
极限平衡分析法的一般作法是，从斜坡中取一个隔离体，并从作用在隔离体上的力(已知或假定的)出发，计算得出为维持土体平衡所需要的抗剪强度，然后，把这个计算得出的抗剪强度与估计的土体抗剪强度来比较。
或者假定几个可能的滑动面，并把它所包括的土体按照重心作用的方向划分为下滑区和抗滑区，分别计算两个区的下滑力和抗滑力，比较它们的大小，以求得安全系数。
（1）无粘性土边坡的稳定性分析称粘聚力C =0的土为无粘性土。
对单一坡面的均质无粘性土坡，如坡面的单元土体稳定，则土坡是稳定的。
不管土坡是否浸水，当土坡无渗透力作用时（图7-4-11），单元土体自重W 的顺坡下滑力为sin T W β=，而其抗滑力tan cos tan f TN W ?β?==，故土坡的稳定安全系数K S 为：cos sin fS T W tg tg K T W tg β??ββ=== （7-4-22）所以，当土坡坡度β小于砂土的内摩擦角φ时，土体是稳定的，否则是不稳定的。
土力学 边坡稳定分析
7－3 粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法
二.最危险滑弧的寻找
7－3 粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法
三.条分法及其受力分析
极限平衡分析的条分法：土体为不变形刚体
滑动体内土条n，第i土条上的力和未知数： 1、重力：Wi=ribihi；都为已知量； 2、底面反力：Ni和Ti; 3、比较所有安全系数，选最小值；
Ji wiiai
Jidi wiiaidi
7－6 工程中的土坡稳定计算
一.渗流对土坡稳定的影响
F s
[c i li b i(ih 1 iih 2 iih 3 i)co itg s i] ih 1 iih 2 iih 3 ib isii n w h 2 ib isiin
F s
7－5 毕肖普法
二.总应力分析
Fs
1 mi
(cibi
Witgi
)
Wi s ini
7－6 工程中的土坡稳定计算
一.渗流对土坡稳定的影响
F s
[cilib i(ih 1 iih 2i)coits gi] b i(ih 1 iih 2i)siin
7－6 工程中的土坡稳定计算
一.渗流对土坡稳定的影响
[c iliih 1 iih 2 iih 3 ib ico itg s] ih 1 isa h 2 it i ih 3 ib isiin
7－6 工程中的土坡稳定计算
一.渗流对土坡稳定的影响
7－6 工程中的土坡稳定计算
一.渗流对土坡稳定的影响
7－6 工程中的土坡稳定计算
一.渗流对土坡稳定的影响
7－6 工程中的土坡稳定计算
7－4 瑞典条分法
2.坡顶有超载时
F s
[cili(W iqi)bco itsg i] (W iqi)bsin i
土力学经典问题的极限分析上、下限解
@A?B CD:ED
21)$,%/$： 9"* :*("+1’ +, ’;#0*’ 5#(" <*.(#0%; %$1 #$0;#$*1 #$(*.,%0*’ 1*’0.#=*1 #$ ("#’ 4%4*. %.* =%’*1 +$ ("* )44*. =+)$1 %$1 ;+5*. =+)$1 ("*+.*:’ +, 4;%’(#0#(3 .*’4*0(#<*;3 F 9"* :*("+1 +, <*.(#0%; ’;#0*’ 0%$ =* *>(*$1*1 (+ ("* %.*% +, %0(#<* *%.(" 4.*’’).*，5"#;* ("%( +, #$0;#$*1 ’;#0*’ 0%$ =* %44;#*1 #$ =*%.#$8 0%4%0#(3 %$%;3’#’ F 9"* $):*.#0%; %4? 4.+%0"*’ #$0;)1*1 #$ ("#’ :*("+1 ,+. ,#$1#$8 ("* 0.#(#0%; ,%#;).* :+1*’ %;;+5’ ("* :*("+1 (+ =* %44;#*1 (+ 4.+=;*:’ 5#(" 0+:4;#0%(*1 8*+:*? (.3，;%3*.*1 0.+’’ ’*0(#+$ %$1 8.+)$1 5%(*. 0+$1#(#+$’ F 3.( 4+,5)： ’;+4* ’(%=#;#(3； ’+#; 4.*’’).*； =*%.#$8 0%4%0#(3 +, 8.+)$1； ;#:#( %$%;3’#’