滑坡推力.ppt

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第二节滑坡推力计算,作用在支挡结构上的荷载主要是土压力和滑坡推力。

土压力即填土（填土表面和表面上的荷载）或挖土坑壁原位土对支挡结构产生的侧向土压力，对于填方工程而言，作用在支挡结构上的主要是这种侧向土压力。

而滑坡是边坡（斜坡）丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另一部分土体滑动的现象。

产生滑坡的原因有两种：

（1）是外界力的作用破坏了坡体原有的平衡状态。

如挖方边坡、土体内的渗流力、地震作用、坡体上加载等。

对于挖方边坡，开挖施工将破坏坡体的平衡状态，若坡体本身处于老滑坡地段，或者存在软弱夹层、结构面，或者坡较高，都可能使其丧失稳定性，这时作用在支挡结构上的主要荷载是部分坡体沿着滑面滑动产生的滑坡推力。

（2）是土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低。

如雨水浸入使土体湿化，气候条件变化、土时干时湿、冻结融化等使土强度降低，地下水位上升使有效应力减小。

下图示意了不同地质条件下支挡结构上荷载的不同。

（a）地址条件好，斜坡稳定，施工扰动小，作用在支挡结构上的荷载主要是边坡局部范围内土体作用的土压力；而（b）是整个滑体沿着滑面滑动产生对支挡结构的推力。

若实际地质情况为图（b）所示却采用图（a）的设计计算图式，将带来严重的后果。

作用在抗滑桩上的主要荷载为滑坡推力，只要确定了此荷载，结构设计是很容易的。

因此，滑坡推力计算是支挡结构设计的重要内容之一。

正确、合理的确定滑坡推力的大小、方向、作用点以及对支挡结构作用的规律，这是支挡结构设计的关键问题。

滑移面的形式进行边坡稳定性评价和滑坡推力计算，首先要确定滑移面的形式。

对于粘性土质边坡，其滑面接近于一圆柱面，作为平面应变考虑，可假设其断面为圆弧线；对于层状的顺层岩坡或存在古滑坡的边坡，这些坡体内已存在滑面，开挖边坡的失稳将沿这些滑面发生滑移破坏，一般是利用地质勘探的方法来确定这些滑面的位置。

滑坡推力计算确定了潜在滑面后，即可进行稳定性评价和滑坡推力的计算。

如果沿着潜在滑面上滑体的滑动力大于滑面上的抗滑力，就会发生滑坡，这时推力的计算结果可为所需设置的支挡结构提供设计荷载。

稳定性分析和滑坡推力计算的一种比较简单而实用的方法就是条分法。

在此法中，将滑裂面以上土体分成若干垂直土条，对作用在各土条上的力进行力与力矩的平衡分析。

这类方法很多，比如瑞典圆弧法，毕肖普法，沙尔玛法等等，这里要介绍的是在铁路部门、工业与民用建筑部门应用广泛的传递系数法，该法也是众多规范所推荐的办法。

传递系数法假定：

1滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间挤压变形；2条块之间只传递推力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂；3块间作用力（即推力）以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分界面的中点；4垂直滑坡主轴取单位长度（一般为1m）宽的岩土体作计算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力。

下图为传递系数法计算图式,取第i条块为分离体，将各力分解在该条块滑面的方向上，可得下列方程：

Ei-Ei-1cos（i-1-i）-Wisini+Ei-1sin（i-1-i）+Wicositani+cili=0,由上式可得出第i条块的剩余下滑力（即该部分的滑坡推力），即：

Ei=Wisini-Wicositanicili+Ei-1cos（i-1-i）-Ei-1sin（i-1-i）taniEi=Wisini-Wicositanicili+Ei-1cos（i-1-i）-sin（i-1-i）tani令i=cos（i-1-i）-sin（i-1-i）tani，则Ei=Wisini-Wicositani-cili+iEi-1，称i为传递系数。

计算时从上往下逐块进行。

按式计算得到的推力可以用来判断滑坡体的稳定性。

如果最后一块的En为正值，说明滑坡体是不稳定的；如果计算过程中某一块的En为负值或为零，则说明本块以上岩土体已能稳定，并且下一条块计算时按无上一条块推力考虑（将土体考虑为不能受拉）。

实际工程中计算滑坡体的稳定性还要考虑一定的安全储备，选用的安全系数Ks应大于1。

推力计算中如何考虑安全系数目前认识还不一致，一般采用加大自重下滑力，即将Wisini乘以系数Ks后代入式中计算，从而上式变为：

Ei=KsWisini-Wicositani-cili+iEi-1,安全系数Ks可采用1.051.25。

如果最后一块的En为正值，说明滑坡体在要求的安全系数下是不稳定的；如果En为负值或零，说明滑坡体稳定，满足设计要求。

另外，如果计算断面中有逆坡，倾角i为负值，则也是Wisini负值，因而Wisini变成了抗滑力。

在计算滑坡推力时Wisini项就不应再乘以安全系数。

滑动面以上桩前的滑体抗力，可由极限平衡时的滑坡推力曲线或由桩前被动土压力确定，设计时选用其中小值。

当桩前滑体可能滑走时，不应考虑其抗力。

作用于桩上的滑坡推力，可由设计位置的滑坡推力曲线确定。

前述的公式推导过程只是考虑力的平衡条件，没有考虑力矩的平衡，这是传递系数法的一个缺点。

但计算简捷，还是为广大工程技术人员所乐于采用，现行的建筑地基基础设计规范、建筑边坡工程技术规范、铁路路基支挡结构设计规范、长江三峡工程库区滑坡防治设计与施工技术规则都推荐使用传递系数法计算作用于支挡结构物上的滑坡推力。

【例1】如图为一滑坡体断面，划分为5个条块，抗剪强度指标如图注，安全系数用1.15，后缘破裂壁=22.5,c=0。

拟修抗滑桩，求桩后滑坡推力。

15条块的重力分别为480、4910、6650、6600、3180kN/m。

（1）计算传递系数：

由公式i=cos（i-1-i）-sin（i-1-i）tani2=cos（60.5-18.5）-sin（60.5-18.5）tan17=0.5393=cos（18.5-22）-sin（18.5-22）tan17=1.0174=cos（22-17）-sin（22-17）tan17=0.9705=cos（17-8.5）-sin（17-8.5）tan17=0.944,

（2）从第1条块开始计算推力由公式Ei=KsWisini-Wicositani-cili+iEi-1得：

E1=1.15480sin60.5-480cos60.5tan22.5=1.15417-2360.414=383kN/mE2=1.154910sin18.5-4910cos18.5tan17-531.8+0.539383=416kN/mE3=1.156650sin22-6650cos22tan17-537+1.017416=1218kN/mE4=1.156600sin17-4910cos17tan17-542.8+0.9701218=1257kN/m,E5=1.153180sin8.5-3180cos8.5tan17-518.2+0.9441257=673kN/m抗滑桩设在第5条块末端，因此桩上的滑坡推力荷载即为673kN/m。

思考：

1.计算出的滑坡推力为每米宽度坡体的滑坡推力，若桩中心距为6m，则每根桩受到的滑坡推力应为673kN/m6m=4038kN；2.若抗滑桩设在第5条块的起端和末端的中间，滑坡推力应怎样确定；3.在不同位置处设置抗滑桩会有不同的滑坡推力荷载，怎样确定桩的位置才合理。

注意：

滑坡推力计算时选择平行滑动方向的断面不少于3条，其中一条应是主滑断面，当滑体具有多层滑面时应分别计算各层滑动面的滑坡推力，取其最大的推力作为设计控制值，并应使每层滑坡均满足稳定要求。

特殊力作用下滑坡推力计算

（1）作用于条块上的尾部荷载P；

（2）滑体裂缝充水或滑体上有上层滞水但不与滑面水连通时，其中水重按增加滑体自重考虑；,（3）滑体全部泡水或其下部部分饱水且与滑带水相连通时，需考虑有动水压力Di作用于饱水面积的重心，方向与滑动方向相同并平行本段滑面。

i为滑体条块的饱水面积，ni为滑体土的孔隙度，ai为滑体水的水力坡度角。

同时还要考虑在滑床上产生的浮托力Si，,则滑面上的抗滑力改变为,滑体饱水部分的重度应按饱水后的容重计算。

（4）滑体两端有贯通至滑带的裂缝，在滑动时裂缝部分充水，应考虑裂缝水对滑体的静水应力，其分布图形及方向如图所示；,（5）当滑带水系有压头H0的承压水时，应考虑浮托力Si的作用，其方向与滑床反力相同；,（6）在高烈度地震区，应考虑地震力的作用，可按照铁路工程抗震设计规范办理，将作用于滑体条块重心处的水平地震力引入计算，其方向指向下滑方向。

桩前抗力的计算设置抗滑桩后，当抗滑桩受到滑坡推力的作用产生变形时，一部分滑坡推力通过桩体传给锚固段地层，另一部分传递给桩前滑体。

而桩前滑体的抗力与滑坡的性质和桩前滑体的大小等因素有关。

试验表明，桩前滑体的体积越大，抗剪强度越高，滑动面越平缓、粗糙，桩前滑体抗力越大；反之，越小。

滑动面以上的桩前抗滑推力，可由极限平衡时滑坡推力曲线、桩前被动土压力或桩前滑体的弹性抗力确定，设计时选用其中的小值。

桩前滑坡体可能滑走时，不应计及其抗力，按悬臂桩计算。

滑坡推力和桩墙抗力的分布1滑坡推力的分布滑坡推力分布图形受岩土形状、滑坡类型、支护结构刚度等因素影响较大，从工程实测统计分析来看有以下特点：

当滑体为较完整的块石、碎石类土时呈三角形分布，采用锚拉桩时滑坡图形宜取矩形，当滑体为粘土时呈矩形分布，当为介于两者间的滑体时呈梯形分布。

2桩前抗力的分布抗滑桩破坏试验和模型试验均表明，虽然各次试验所得的桩前抗力的分布图形不完全相同，但基本呈抛物线分布，抗力的最大值出现在滑体的中部，靠近滑动面的应力较小。

当滑体为粘性土时，由于粘聚力的影响，顶部抗力较滑体为松散介质时大，合力重心也高。

在工程设计中，桩前滑体的抗力一般采用与下滑力相同的应力分布形式，也可采用抛物线的分布形式。

当采用抛物线的分布形式时，如图所示，可将抗力图形简化为一个三角形和一个倒梯形。