边坡稳定计算讲课-课件.ppt

1、热烈欢迎和感谢参加三亚边坡稳定分析程序培训的各位同仁2009版补充功能 将计算成果导出到EXCEL 锚索和抗滑桩功能 数据捕捉界面稳定分析计算的电子表格 大部分设计人员无法接近商用程序；使用商用程序无法自校；没有人对计算成果负责 汶川地震震害调查和思考 岩土材料的抗剪强度理论和设计指标 土质边坡稳定分析的原理和方法 STAB程序使用中常见的问题边坡稳定分析程序培训班边坡稳定分析程序培训班专题讲座专题讲座岩土材料的抗剪强度和设计指标 土的抗剪强度理论;岩体的抗剪强度理论;抗剪强度的设计指标土的抗剪强度土的抗剪强度有效应力强度理论有效应力强度理论正常固结土和超固结土的 抗剪强度特征伏斯列夫理论：一

2、条正常固结的强度直线一条正常固结的强度直线Q Q 和一族平行的超固结强度直线和一族平行的超固结强度直线tftgeppkepq伏斯列夫理论：tftgeppkepq土的抗剪强度是有效法向应力和破坏时土的抗剪强度是有效法向应力和破坏时的孔隙比的函数的孔隙比的函数对同一种土，如果破坏时的有效法向应力对同一种土，如果破坏时的有效法向应力和孔隙比相同，它们的抗剪强度相同和孔隙比相同，它们的抗剪强度相同 不固结不排水试验（不固结快剪），即不固结不排水试验（不固结快剪），即“Q剪剪”，c uu ，uu 固结排水试验（快剪）固结排水试验（快剪），即，即“S剪剪”，cd，d或或c，固结不排水试验（不固结快剪）固结

3、不排水试验（不固结快剪），即，即“R剪剪”，ccu，cu抗剪强度的室内试验三轴和直剪试验三轴和直剪试验原位抗剪强度试验粘性土粘性土-测定固结不排水强度测定固结不排水强度qcu 十字板剪力仪 静力触探 旁压仪粘性土粘性土-测定有效内摩擦角测定有效内摩擦角 静力触探 标准贯入试验 应力不均匀 应力条件不明确 存在侧壁摩擦直剪试验的局限性刘斯宏刘斯宏,2019刘斯宏刘斯宏,2019水利水电工程边坡设计规范SL386-2019土的孔隙水压力土的孔隙水压力teeyhKyxhKxyx 11)()(土的孔隙水压力稳定和不稳定渗流的基本方程稳定和不稳定渗流的基本方程0)()(yhKyxhKxyx对于不可压缩土

4、体,de=0可以通过流网确定渗流场稳定渗流稳定渗流有效应力法 骨架不可压缩土库水位降落边坡稳定teeyhKyxhKxyx 11)()(tuyuxucv )(2222)(11upmpmeevv太沙基固结理论太沙基固结理论土的孔隙水压力稳定和不稳定渗流的基本方程稳定和不稳定渗流的基本方程313ABu)1(1313ABB孔隙水压力系数A和B1ButeeyhKyxhKxyx 11)()(比奥固结理论比奥固结理论静力平衡 bf 其中 ),(xyyxT sTbf,0 式中 xyyx00 本?系 0 其中 C 总应力法总应力法w 地基快速开挖；地基快速开挖；w 软土地基快速填筑；软土地基快速填筑；w 饱和粘

5、性土边坡饱和粘性土边坡库水位骤降库水位骤降总应力法 饱和粘性土边坡的 地基快速开挖；地基快速开挖；软土地基快速填筑；软土地基快速填筑；饱和粘性土边坡饱和粘性土边坡库水位骤降库水位骤降天生桥二级-排砂闸基坑开挖时的滑坡，1984.12.24 对同一种土，如果破坏时的有效法向应力对同一种土，如果破坏时的有效法向应力和孔隙比相同，它们的抗剪强度相同和孔隙比相同，它们的抗剪强度相同Kpeh外边坡线必须连续外边坡线必须连续外边坡线外边坡线未能覆盖所外边坡线未能覆盖所有可能的滑裂面有可能的滑裂面外边坡线不允许有反外边坡线不允许有反坡段坡段必须严格按两点连一必须严格按两点连一线的原则定义外边坡线的原则定义外

6、边坡线线外边坡线必须连续外边坡线必须连续错误的外边坡线定义准备数据文件时准备数据文件时经常容易出错的地方经常容易出错的地方 外边坡线的输入；外边坡线的输入；坡外水位；坡外水位；浸润线的输入浸润线的输入坡外水位的概念坡外水位的概念准备数据文件时准备数据文件时经常容易出错的地方经常容易出错的地方 外边坡线的输入；外边坡线的输入；坡外水位；坡外水位；浸润线的输入浸润线的输入输入浸润线要注意的问题输入浸润线要注意的问题Bishop法Morgenstern-Price法传递系数法Sarma法能量法楔体稳定分析法土质边坡稳定分析的土质边坡稳定分析的极限平衡分析方法极限平衡分析方法 严格方法严格方法 简化方

7、法简化方法 圆弧滑裂面圆弧滑裂面-Fellemnius,Bishop 任意形状滑裂面任意形状滑裂面 工程师团法工程师团法,Lowe-Karafiath,简化简化Janbu法法,传递系数法传递系数法 FcceFetantanenectan边坡稳定极限平衡法（垂直条分法边坡稳定极限平衡法（垂直条分法)baxsxp0)()(baeMdxxtxsxp0)()()()()(tanxfxfoxaeedddxs)tan(exp)sec()(xaaeddddxt)tan(exp)tancos(sin)(Solutions to the Force and Moment Equilibrium Equation

8、sChen&Morgenstern,1983Spencer 法0d/dxbaexxp 0d)sec()(baexyxxp 0d)cossin)(sec()(tan基本假定力平衡力平衡力矩平衡力矩平衡NndNnuQRWxcQrWF11sinsectansin)sec(cosNndNnuQRWFxcrWF11sin)/tantan1(/sectan)1(Sweden MethodBishops simplified method圆弧滑裂面的简化方法圆弧滑裂面的简化方法a2)()cos(cossecsinsec)sin()()cos()sec(eeeeeReRLeLQxc xuVWGGbaxsxp0

9、)()(Corps of Engineers MethodLowe&Karafiath MethodSolutions任意形状滑裂面的简化方法任意形状滑裂面的简化方法11,tan)sincos()cossin(iieeiiiiiiieiiiiiiGQLuWLcQWG)sin(tan)cos(111,iieiiiie )cossin(tan)sincos(11nijjiiiinininijjiiiiiiiiQWLcQLuWF11tan)sincos()cossin(iiiiiiiiiiiiiiiGQLuWLcQWFG传递系数法隐式隐式显式显式有关问题的讨论有关问题的讨论 关于稳定分析中考虑渗透力

10、的问题 坡外有水情况的处理;上、下游水位的处理 稳定渗流条件下孔隙水压力的简化处理 拉力缝关于稳定分析中考虑渗透力的问题关于稳定分析中考虑渗透力的问题关于研究对象的讨论 在进行边坡稳定分析时，首先需要解决一个研在进行边坡稳定分析时，首先需要解决一个研究对象问题。即当分析一个土体或土条的力学究对象问题。即当分析一个土体或土条的力学平衡时，是把土和水的混合体当作研究对象，平衡时，是把土和水的混合体当作研究对象，还是把土骨架作为分析对象。近代土力学的回还是把土骨架作为分析对象。近代土力学的回答是可以把土骨架作为分析对象，也可以把包答是可以把土骨架作为分析对象，也可以把包括水在内的浸水土体作为研究对象

11、。许多学者括水在内的浸水土体作为研究对象。许多学者（TaylorTaylor，19481948；中濑敏男，；中濑敏男，19721972）把浸水土体当作研究对象0UGWWbaD把土骨架当作研究对象0GDWWabwbWWWbD计算渗透力的公式VvddDgradwdhuwVwwVvv dgrad dWUdDD计算渗透力的公式VwwVvv dgrad dWUdD0GDWWabwbWWWb0UGWWba1)bhb浮力；2)Jbhw渗透力将土骨架作为研究对象将土骨架作为研究对象sin)(tancosbhbcbhFbwb将水、土混合体作为研究对象将水、土混合体作为研究对象1)土条自重 bhWbw)(；2)条

12、间作用力 E 应平行于边坡，并有E=0，X=0。sintanWbcNFcoscosbhUWNb图例浮力渗透力扬压力坝基坝体重力坝承受的水荷载 有关问题的讨论有关问题的讨论 关于稳定分析中考虑渗透力的问题 坡外有水情况的处理;上、下游水位的处理 稳定渗流条件下孔隙水压力的简化处理 拉力缝坡外有水时的处理坡外有水时的处理有关问题的讨论有关问题的讨论 关于稳定分析中考虑渗透力的问题 坡外有水情况的处理;上、下游水位的处理 稳定渗流条件下孔隙水压力的简化处理 拉力缝稳定渗流条件下孔隙水压力的简化处理上、下游水位的处理有关问题的讨论有关问题的讨论 关于稳定分析中考虑渗透力的问题 坡外有水情况的处理;上、

13、下游水位的处理 稳定渗流条件下孔隙水压力的简化处理 拉力缝)245tan(2cht关于拉力缝的处理关于拉力缝的处理State of the art:Limit equilibrium and finite element analysis of slopes.Duncan,J.M.Journal of Geotechnical Engineering.2019.Vol.122,No.7,July.577-596.关于极限平衡方法的适用范围的讨论关于极限平衡方法的适用范围的讨论临界滑裂面：临界滑裂面：1.1.毕肖普法，毕肖普法，F F=1.046=1.046；2.2.瑞典法瑞典法,F F=0.7

14、86=0.786花桥水库大坝加固下游坝坡稳定分析花桥水库大坝加固下游坝坡稳定分析仅满足静力平衡条件的简化法仅满足静力平衡条件的简化法对传递系数法的讨论1.当滑面较陡时土条侧向力倾角不合理2.滑裂面转折时土条侧向力倾角发生突变 63.2 70.9 81.1 95.2 117.6考察传递系数法误差的一个算例考察传递系数法误差的一个算例 表表 8.1 比较传递系数法的计算精度比较传递系数法的计算精度 传递系数法显式 传递系数法隐式 ru 圆弧中心角 Fb Ft1(Fb-Ft1)/Fb Ft2(Fb-Ft2)/Fb 0 117.600 3.020 4.421 -46.4%3.025 -0.2%95.2

15、00 2.614 3.199 -22.4%2.620 -0.2%81.100 2.451 2.800 -14.2%2.456 -0.2%70.900 2.371 2.613 -10.2%2.375 -0.2%63.200 2.332 2.514 -7.8%2.335 -0.1%0.2 117.600 2.444 3.483 -42.5%2.442 0.1%95.200 2.121 2.552 -20.3%2.127 -0.3%81.100 1.994 2.252 -12.9%2.001 -0.4%70.900 1.936 2.115 -9.2%1.942 -0.3%63.200 1.910 2

16、.045 -7.1%1.915 -0.3%0.4 117.600 1.876 2.546 -35.7%1.872 0.2%95.200 1.634 1.905 -16.6%1.643 -0.6%81.100 1.542 1.703 -10.4%1.552 -0.6%70.900 1.504 1.616 -7.4%1.513 -0.6%63.200 1.490 1.576 -5.8%1.498 -0.5%0.6 117.600 1.325 1.608 -21.4%1.327 -0.2%95.200 1.157 1.258 -8.7%1.176 -1.6%81.100 1.098 1.155 -5

17、.2%1.118 -1.8%70.900 1.078 1.118 -3.7%1.095 -1.6%63.200 1.076 1.107 -2.9%1.091 -1.4%注：Fb,Ft1和 Ft2分别为使用毕肖普法，传递系数法显式和隐式的安全系数。()F00.869101.188201.674302.520Morgenstern1.470简化法 11.490传递系数法2.038不同方法计算小浪底左岸出口边坡 c()0 10 20 30 Spencer法 Sarma法 传递系数法 显式 传递系数法 隐式 F 0.869 1.188 1.674 2.520 1.470 1.691-5.142 7.4

18、58 文件 n-xld.dat n-xld.emu n-xld1.dat n-xld2.dat 不同方法计算小浪底左岸出口边坡 标准 名称 编号 方法 国家标准 建筑地基设计规范 GB 5007-2002 隐式 国家标准 岩土工程勘察规范.GB 50021-94 显式 国家标准 建筑边坡工程技术规范.GB50330-2002 显式 行业标准 公路路基设计规范 JTJ013-95 隐式 行业标准 铁路路基支挡结构设计规范 JB10025-2001 显式 行业标准 水利边坡设计规范（送审稿）隐式 我国规定使用传递系数法的规范 软弱夹层搜索临界滑裂面的最优化方法外边坡线必须连续外边坡线必须连续外边坡线外边坡线未能覆盖所外边坡线未能覆盖所有可能的滑裂面有可能的滑裂面外边坡线不允许有反外边坡线不允许有反坡段坡段必须严格按两点连一必须严格按两点连一线的原则定义外边坡线的原则定义外边坡线线外边坡线必须连续外边坡线必须连续错误的外边坡线定义准备数据文件时准备数据文件时经常容易出错的地方经常容易出错的地方 外边坡线的输入；外边坡线的输入；坡外水位；坡外水位；浸润线的输入浸润线的输入坡外水位的概念坡外水位的概念准备数据文件时准备数据文件时经常容易出错的地方经常容易出错的地方 外边坡线的输入；外边坡线的输入；坡外水位；坡外水位；浸润线的输入浸润线的输入输入浸润线要注意的问题输入浸润线要注意的问题