土质边坡稳定分析-原理.方法.程序
第1章 绪 言
1. 1 滑坡灾害
滑坡是一种重要的地质灾害对人类的生命财产带来重大威胁例如滑坡可导致交通中断河道堵塞厂矿城镇被掩埋工程建设受阻
表1.1统计了上世纪世界上的一些重大滑坡灾害的实例王恭先1998
从中可以发
现一些规模较大的滑坡如意大利的瓦依昂滑坡死亡人数达几千人中国宁夏海源及秘鲁Yungay个别特大滑坡灾害的伤亡人数均以万计另外由于滑坡堵塞河道形成天然水库而这些水库又没有溢洪道通常会在短期内溃决形成特大洪水由此导致更大的灾害
我国目前正处于经济建设高速发展的时期滑坡给水利铁路公路矿山建设带来巨大损失1989年1月10日在中国云南漫湾水电站大坝坝肩开挖过程中发生的滑坡不仅耗资近亿元进行了治理而且使这个150万kW的水电站推迟发电近一年给云南省经济建设的整体安排带来了困难1981年雨季宝成铁路共发生滑坡289处中断行车2个多月抢建费用达2.56亿元抚顺西露天矿自1914年投产以来为保持边坡稳定共剥离岩石1亿m3
滑坡可以发生在土质边坡也可能发生在岩质边坡发生于土质边坡的形态通常比较单一基本上以剪切破坏为主滑裂面为圆弧型或圆弧与夹泥层的组合型岩质边坡发生的滑坡则因受岩体结构地应力等影响呈现出崩塌滑动倾倒溃屈等多种破坏类型孙广忠姚宝魁1988
触发滑坡的因素是多种多样的降雨和地震是最常见的滑坡灾害的外因人类的工程活动也是导致滑坡的重要原因常见的工程活动是边坡开挖地下开挖也会触发地面沉降和滑坡湖北盐池河磷矿由于地下开挖导致边坡突然滑坡埋没了村庄287人丧生土方填筑也是导致滑坡的一个重要因素在饱和软弱地基上修建堤坝经常导致堤坝和地基一起滑动高填方本身也会在填筑过程中发生滑坡水库蓄水后库区经常发生大规模的崩岸和滑坡
人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断过这一努力表现在认识滑坡机理完善边坡稳定分析理论和方法开发滑坡治理技术和滑坡预报等方面对滑坡灾害认识的不断深化是建立在地理地质和岩石力学土力学等一系列科学分支的形成发展和完善的基础上的而滑坡预报和治理又是围绕着确保人身安全和经济建设顺利开展这一中心进行的只有在诸多领域内共同开展深入的研究人类才有可能在防治滑坡方面取得重大进展
本章简要回顾土质边坡的滑坡灾害以及边坡稳定分析理论体系形成的过程
2 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
表 1. 1 世界重大滑坡灾害实例
国家地区爪哇
中国宁夏海源美国加利福尼亚
日本久礼日本东京西南秘鲁Ranrachirca意大利瓦依昂英国Aberfan巴西Rio deJaneiro
巴西Rio deJaneiro
美国弗吉尼亚日本
秘鲁YungayChungar香港
日本Kamijima意大利南部
秘鲁Mayuamarca秘鲁Mantaro峡谷
Semeru山秘鲁Yacitan尼泊尔西部中国东乡县洒勒
哥伦比亚Armero土耳其Catak
日期
1919年
1920年12月16日1934年12月31日1945年1958年
1962年6月10日1963年1966年10月21日1966年1967年1969年
1969年-1972年1970年5月31日1971年1972年6月1972年
1972年-1973年1974年1974年1981年1983年1983年1983年1985年11月1988年6月
黄土滑坡泥流
泥石流各种灾害
地震引起碎屑崩塌碎屑流各种灾害各种灾害泥石流滑坡类型泥石流黄土流泥石流
灾害
5100人死亡140个村庄被毁约20万人死亡
40人死亡400间房子被毁1154人死亡1100人死亡3500多人死亡约2600人死亡144人死亡1000人死亡1700人死亡
150人死亡
519人死亡13288间房被毁25000人死亡
259人死亡138人死亡112人死亡
约100个村庄被毁影响20万人镇被毁451人死亡450人死亡500人死亡233人死亡186人死亡
4个村被毁227人死亡约22000人死亡66人死亡
冰和岩石崩塌岩石滑坡进入水库
流动滑坡
1. 2 土质边坡中发生的滑坡
1. 2. 1 天然边坡
在天然边坡中发生的山体滑移通常没有人类活动降雨地震等明显的触发因素此类滑坡多呈现渐进性破坏特征触发滑坡的主要因素为滑带土由峰值强度向残余强度的过渡1983年3月17日17时45分发生于甘肃洒勒山的滑坡是一个典型的实例见图1.1滑坡处于甘肃东部黄土高原滑带是由临夏组黑灰色粘土岩演变的5~20cm的夹层组成矿物成分以蒙脱石为主滑坡于1979年9月起动当时在北坡发现宽约10cm的东西向的裂缝自1982年10月至12月开始进入挤压滑移阶段最终于1983年3月进入剧变和滑动阶段滑坡体积5000 m3摧毁4个村庄227人死亡
在高山峻岭中通过的河道通常为滑坡提供了理想的临空面因此在天然边坡的滑坡中
第1章 绪言 3
河道滑坡占了相当大的比例1943年2月7日在甘肃共和县的查纳滑坡是发生于西北黄土半成岩地区的一次规模巨大的灾害见图1.2
滑体总量达1.27亿m3滑速达40m/s100
似岩非岩似土非土
构成了一
余人遇难黄河曾短期断流查纳滑坡发生在早中更新世内陆湖相沉积的半成岩土中
此类超固结土的材料强度试验呈明显的应变软化特征
个典型的渐进型破坏高速滑动的条件
图 1. 1 洒勒山的滑坡
图 1. 2 查纳滑坡
1985年6月12日凌晨在长江西陵峡上段兵书宝剑峡出口新滩镇发生总方量0.2亿m3
高度达800m的滑坡这是一个成功地实现滑坡预报的例子1371人在滑坡前数小时安全撤离
1967年6月8日在雅砻江发生的唐古栋滑坡以其巨大的规模载入历史纪录见图1.3失稳边坡高达1000m滑坡材料为风化残积土滑坡体总方量为0.68亿m3堵塞河道后形成一个高达335m的大坝库容6.8亿m3
唐古栋滑坡将河道堵塞9天后天然坝决口
洪水以39m高的立波形式冲向下游洪峰流量为5300 m3/s (Chen, 1992)
图 1. 3 雅砻江唐古栋滑坡
1. 2. 2 工程边坡
滑坡是土木水利交通矿山等基本建设工程常见的事故和灾害工程开挖和填筑是导致滑坡的两大主要原因
4 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
1. 开挖边坡
1985年12月24日下午3时天生桥二级水电站首部右侧挡土墙施工时发生滑坡见图1.4
虽然坡高仅30m但导致了正在基坑内施工的48人丧生这一滑坡的主要原因是
坡内存在一层饱和软粘土第4章将以此为实例介绍滑坡稳定分析的方法
天生桥二级水电站电站厂房高边坡在开挖时也触发了一个规模较大的滑坡滑体沿向斜的夹泥层以7.8m/日的速率移动曾采用卸荷排水抗滑桩和预应力锚索等多种手段来治理这一滑坡第13章13.9节详细介绍了对这一边坡进行加固过程中所作的稳定分析
铁路公路边坡由于大部分为明挖滑坡通常是路堑建设的重要制约因素表1.2列出了福建省高速公路施工时发生的主要滑坡姚国芳2002K190段滑坡全貌
图1.5示1992年宝成铁路
表 1. 2 福建省高速公路主要滑坡工点一览表
路段名称
滑坡地点
性质堆积层滑坡
规模
边坡高约40余m
处理措施明洞约100m
工程投资元约800万
石牌山高
福泉高边坡速公路官秀互通
滑坡新祠互通
漳龙高滑坡速公路
岩段K67+995滑
坡
古滑坡复活堆积宽150m长150m层滑坡厚度约10~20m两排抗滑桩辅以抗
约600万
滑挡墙和排水平孔等
高度约70余m宽度
顺层滑坡石英砂
改线约100m厚度约
岩+泥岩
10~15m
高度约100余m宽
预应力锚索地梁+土破碎岩石英砂岩
度约70m厚度约
钉+挂网喷射混凝土滑坡
10~15m
预应力锚索抗滑桩+抗滑挡墙+排水平孔预应力锚索框架+抗滑挡墙+排水平孔
约350万
高度约200余m宽
K63+770~+堆积层古崩坡积
度约160m厚度约980层滑坡
15~20m
K64+670~+古滑坡复活崩坡高度约110余m长
漳龙高780积体度度约200m具多速公路级次滑动面和溪段
K64+960古崩坡积层开挖失边坡高度约20余m
稳滑坡体宽度约60m
长度约80m八尺门互
福宁高
通滑坡
速公路
梅列互通滑坡
三福高速公路
约350万约350万
滑坡刚产生变形就约70万采用预应力锚索框架原位锁定并辅以排水平孔
及时采用预应力锚索5000万古滑坡体复活松沿线展宽约500m
散堆积体纵长200~300m的古框架+预应力锚索抗
滑坡群滑桩
+平孔排水一个古滑坡复活古滑坡体约5万m3预应力锚索抗滑桩+
一个破碎岩石高边边坡高约70m滑坡预应力锚杆地梁坡滑坡体厚度约25~35m预应力锚索框架+抗
滑挡墙古滑坡复活泥岩边坡高度约60m长预应力锚索框架+预及泥质粉砂岩度约300m应力锚索抗滑桩+抗
滑挡墙+平孔排水
250万+1000万
西芹桥头滑坡
约1100万
第
1章
绪言 5
图 1. 4 天生桥二级电站闸首滑坡
图 1. 5 宝成铁路K190段滑坡
2. 填筑边坡
在饱和软粘土上修建堤坝
当施工速率较高时经常会发生滑坡图1.6为2001年长
江大堤江西马湖段软弱地基上发生的一个滑坡
饱和粘土通常压缩性很大
系数很小
分挤出
转化为有效应力
压力无法及时消散滑坡性
而渗透
填土增加的地基应力要完全
必须将地基中的水充
则孔隙水
因而诱发
例如
导致有效应力有可
如果施工速率过快
能随荷载的增长而同步增长
为了保证在软基上修筑坝的稳定常需要采取一定的工程措施
塑料板排水或真空预压等技
通过砂井
图 1. 6
长江大堤江西马湖滑坡
术加速水压力消散
填筑土本身在施工速率较快时也会发生滑坡这是由于填筑土的含水量通常已使粘土的饱和度超过90%进一步的填筑会使粘性土的孔隙水压力快速增长导致堤坝施工期的滑坡
1. 2. 3 地质环境边坡
将滑坡与工程地质环境直接有关的边坡称为地质环境边坡分述如下1. 地震诱发的滑坡
地震是诱发滑坡的重要因素在我国有关地震引起的滑坡可以在4000年前的记载中找到
竹书记年记载公元前1767年在河南发生的一次地震:桀十年五星错行夜星
自公元前780年到1976年文献记载了656个大于6级的地震
同幽王二年泾渭洛三川皆震川
陨如雨地震伊洛竭
公元前780年的一次文献记录了地震诱发的滑坡
6 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
竭岐山崩存在
1718年甘肃通渭发生7.5级地震40000人丧生1920年11月16日海源
地区8.5级地震触发了675个高原地区的滑坡形成了40个天然湖其中27个目前仍然
1970年5月31日下午3时23分距秘鲁海岸130m处发生7.7级地震导致安第斯山脉中海拔6654m的Nevados Huascaran山体发生总量为0.5∼1亿m3的滑坡山体向前推进16km覆盖了22.5km2的面积掩埋了Ranrahirca和Yungay两个村庄18000人丧生
1911年发生于塔吉克斯坦境内的地震形成了一个库容达11亿m3的Sarez湖 (Palmieri,2000; Schuster, 2002)滑坡体积22亿m3,天然坝长2km, 高600m
这一坝高远远超过了人类建造的土石坝的世界纪录罗贡330m也在塔吉克斯坦
图1.7示该大坝和Sarez湖
图 1. 7 塔吉克斯坦由地震形成的Sarez湖
表1.3总结国内外由地震诱发的重大滑坡(Hansen, 1991)同表1.1和表1.2一样它也不是此类滑坡全面的总结
1990年6月20日伊朗Caspian省发生7.3级地震震中附近出现多处滑坡其中Galdian滑坡总方量达20×106m3坡面长达3km滑坡后出现若干天然湖泊说明地震和滑坡导致了水文地质情况发生了根本的改变
图1.8示1995年1月17日发生在日本的阪神地震诱发的滑坡数目和与活断层的关系(Sassa,1995)
地震时发生的砂土液化是导致滑坡的主要原因受1976年7月28日唐山地震波及北京密云水库白河大坝上游坝坡发生滑坡类似的实例还有发生在1925年6月29日美国Sheffield坝的滑坡
2. 古滑坡体和堆积体边坡
古滑坡体和堆积体的复活是土质边坡中发生的又一种滑坡它通常和人类活动有关
第1章 绪言 7
表 1. 3 国内外由地震诱发的重大滑坡灾害
日期年公元前1789公元前372-731348
1718震级M=7.51783
1786震级M=7.[1**********]20
1933震级M=7.519351931
中国宁夏海源中国四川叠溪中国四川惠利
秘鲁国家地区中国甘肃武都希腊澳大利亚中国甘肃通渭意大利Calabra中国四川康定-沪定中国四川饯江
滑坡类型或伤亡原因岩石滑坡和泥石流整个城市冲向海洋岩石滑坡黄土滑坡
多数为液化导致的滑坡滑坡形成的天然坝溃决岩石滑坡岩石滑坡黄土滑坡
死亡人数760无记载人员伤亡巨大>40000整个村庄死于洪水>1000>2000>100000
一个滑坡导致576人丧生6800人死于地震滑坡形成的天然坝溃决导致超过2429人死亡
250岩石滑坡和泥石流岩石滑坡
>18000
图 1. 8 日本阪神地震滑坡数目和与活断层的关系
我国南方地区普遍发育坡崩堆积体此类物质是和在漫长的地质历史中发生的山体不稳定活动有关在堆积体和基岩之间多存在夹泥层许多卧于基岩面上的第四纪堆积物都可能是古滑坡体也可能是坡崩堆积体无论何种类型这一第四纪物质形成的边坡多处于临界状态降雨和工程活动都可能触发这些山体滑坡即使没有明显的外界触发因素也会发生渐进性破坏
紫坪铺水利枢纽工程2号导流洞出口边坡在开挖过程中曾触发坡堆积体的滑坡在一个月内发生的几次滑坡不仅严重干扰了工程施工而且短期封闭了通往九沟寨国道
8 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
水电建设中发生的另一堆积体滑坡的例子为位于云南省昭通地区大水沟水库工程这一面板坝的溢洪道中部分布有5~15m厚的崩塌坡积物其主要成分为粘质粉质土砾粒径变化较大结构松散崩塌坡积体与基岩交接面处分布有厚约0.5~1m的残积层主要成分为泥质及岩屑塑性较大强度较低在2002年7月17日开始施工单位进行溢洪道边坡开挖的准备工作此时适逢雨季几乎每日均有雷阵雨随后即在边坡上发现上部出现大面积裂缝顶部有两条较大的裂缝一条出现在高程1210m附近另一条在1230m高程附近裂缝宽度可达10~15cm呈弧形分布裂缝产生区域在桩号0-100m至0+020m累积变形量分别为108mm和113mm
这两个工程实例还将在第13章中介绍
在进行工程建设时当怀疑某第四纪覆盖层是由坡崩堆积体构成时则需要通过各种勘探手段钻探平硐物探等了解第四纪堆积体与基岩的接触面的几何形态查明接触面的物质组成和抗剪强度指标以正确评价开挖和降雨对这些潜在不稳定边坡的影响
3. 特殊土边坡
由黄土膨胀土等特殊土构成的边坡可能导致特殊的边坡稳定问题第1.2.1节介绍的洒勒山查纳滑坡的主要物质是黄土但是滑面则是半岩的粘土为典型的超固结土因而具有应变软化特性
黄土高原地形地貌复杂分为土塬梁峁三种地形为地质作用的产物黄土具有颗粒粗土质结构疏松孔隙率大遇水崩解湿陷等特点在微结构方面多呈垂直裂隙形态黄土边坡经常受到河谷冲沟侵蚀切割临空条件远比其它边坡明显遇降雨后水很容易在垂直方向渗入边坡底部而我国黄土通常下卧一层不透水的红层粘土一旦渗流达到此层后即开始滞水导致湿陷和浸润线大范围抬高最终导致滑坡
我国西北地区黄土高原是黄土边坡崩塌和滑坡的多发区处共死亡285人李坤1998
在下一节还将简要回顾黄土地区的泥石流灾害1. 1. 4 水环境边坡
水是诱发滑坡的主要因素我们的祖先将水环境触发的滑坡大致可分为以下几种
1. 暴雨触发的滑坡
暴雨是导致滑坡和泥石流的主要触发因素
我国西南西北是泥石流多发地区1982年7月四川万县地区普降暴雨仅云阳县就发生滑坡2万多处并形成数百处较大规模的裂缝忠县在此期间形成滑坡及崩塌多达3万多处其中大中型滑坡30余处暴雨诱发的滑坡仅云阳县就毁坏房屋数万间总方量超过0.1亿m3的滑坡10余处1981年雨季宝成铁路宝鸡至广元段共发生滑坡289处使该路段37个区间断道32次中断行车两个月抢建工程费达2.56亿元
香港处于亚热带多雨丘陵地区人口稠密暴雨经常触发灾难性滑坡1925年7月17
滑
字赋以水的偏旁足以说明这一点由
据陕西省滑坡办对1985至
1993年间黄土崩塌滑坡事件统计省内总计有62处黄土崩塌滑坡事故造成伤亡者32
第1章 绪言 9
日在普庆坊地区发生的滑坡推倒了一座高挡土墙摧毁了5座楼房75人丧生1966年中旬香港地区连续普降大雨6月11日在24小时内降雨40~525mm6月12日1小时降雨强度达108~157mm发生了数百处滑坡1972年暴雨强度达到了新的记录在6月16日至18日24小时降雨强度达560mm由此在香港岛诱发的滑坡伤亡人数达250人其中发生于宝珊道的滑坡摧毁了一栋4层楼房61人丧生发生于秀茂坪的土质边坡流滑淹埋了一个楼房71人丧生图1.9为1972年7月18日发生在香港岛半山区的滑坡1976年8月25日总计416mm的降雨再次诱发滑坡57人伤亡1982年香港的年降雨量再创记录达3248mm总计发生大小滑坡1500处(Brand, 1989)
我国台湾岛台风季节经常伴随暴雨引起滑坡泥石流灾害1996年7月31日至8月1日强台风以60m/s的速度袭击台湾12小时和24时的降雨强度达1158mm和1749mm全岛发生1315处滑坡20处泥石流101条公路中断1383座房屋被摧毁死
73人伤453人( Lin & Feng2001)
泥石流与气象地貌地质特征有明显的关系因此常常有一些地区成为泥石流重灾区我国云南昭通地区几乎每年都有滑坡泥石流灾害报道1991年9月23日18时头寨沟发生的滑坡导致216人丧生(Zeng, el. al, 1992)
滑坡分两个阶段在第一阶段处于高程2300m∼1870m的山体下滑
总计0.2
亿m3土体在坡趾处形成高100m的堆积物这个堆积物随后变成泥石流以30m/s的速度沿10°的坡面冲出3km停止在山口将一村庄掩埋
图 1. 9 1972年发生于香港岛半山区的滑坡
又如广东省清远市东部约15km位于北江北岸的飞来寺建于梁武帝元年公元520年是岭南三大古刹之一1997年5月8日特大暴雨导致寺后山沟泥石流暴发冲毁10000多平米的庙宇和一批重要文物7名僧尼遇难2名民工失踪查阅史书在嘉靖三十年1552年
五月初一和万历丁末年1607年四月初五均遭受同样的灾害书载山洪暴发山崩飞来寺被毁(刘瑞华1988)
在前节已介绍我国黄土高原是泥石流的多发区表1.4列出了黄土高原上几处泥石流暴发时与降水要素的关系(邓养鑫发生规律
2000年4月9日西藏易贡发生高达3300m的滑坡滑坡的触发因素是春季雪山融化因此也属于水环境影响的滑坡图1.10
按高度计该滑坡大概是全世界有史书记载以来
规模最大的一个滑坡体宽2500m总方量2.8亿m3
修建水库后库区可能诱发各种滑坡发生于岩石边坡中的滑坡多呈突发性体积较大时具有很大的破坏性1963年10月9日意大利高276m的瓦依昂拱坝的库区发生总方
1986)
一些文献详细讨论了黄土地区滑坡泥石流的
大雨滂沱
10 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
量为2.75亿m3的超大体积滑坡滑坡产生了一个高达260m
的涌浪在大坝处高达100m拱坝超载8倍洪水以70m高的立波冲向下游2000余人丧生
三峡工程库区是滑坡多发区在工程建设中经过详细勘测共确定了2490多处潜在滑坡体和90多条潜在泥石流沟这不仅对工程构成潜在危害而且也将影响库区居民的生活和生产安全因此共投资
40亿对重点边坡进行了治理
水库区发生于土质边坡的不稳定现象多呈现为渐变和崩塌型
鲁布格水电站建成
后库区左岸发耐村岸坡发生大范围的的滑
图 1. 10 西藏易贡滑坡
移为渐变和崩塌型的一个典型实例滑面为坡堆积体与基岩接触面
滑坡体高差
该滑坡材料为坡崩塌堆积体和坡积物
90~150m顺河向呈长条形分布总体积为0.26亿m3在水库蓄水的第一年滑坡体的垂直和水平位移达3.0∼3.5m最终以缓慢的速度滑入水库
表 1. 4 几处泥石流暴发时的降水要素
沟名洪水沟罗玉沟刘家湾沟孙家岔沟肖水沟韭园沟
所在地兰州市天水市天水县榆中县清涧县绥德县
时间
年.月.日1964.7.201965.7.71978.7.121980.8.81971.7.231956.8.8
泥流类型粘性稀性粘性稀性粘性稀性
一次降雨量mm150.090.0105.0111.6213.045.1
降雨历时h4.08.02.01.24.02.4
平均雨强mm/h37.511.252.593.053.318.8
2. 水库水位骤降诱发的滑坡
由于种种原因水库需要持续放水库水位骤降导致的坝坡失稳事例屡见不断表1.5总结了我国12个典型的事例现对三个库水位骤降引起的坝坡失稳作一简要介绍汝乃华牛运光2001
(1) 江西省七一水库
七一水库埋管坐落在泥质页岩
风化砂岩和坚硬石英砂岩等三
种不同的岩基上由于坝身施工质量较差投入运行后先后出现三条环形裂缝成为坝体内的一大隐患因此决定废弃此坝内埋管于1970年10月在坝右岸山体内另开引水隧洞因采用岩塞爆破无法控制库水位的降落速度当时库内水位80.03m平均降速为1.15m/d最大达1.954m/d至11月19日库水位降至69.07m时左坝段上游面发生滑坡其中心桩号为0+241m见图1.11
滑坡体宽约148m滑弧半径约为133.5m中心
角约56.5°11月23日库水位继续下降到64.15m时右坝段上游面相继滑坡其中心
第1章 绪言 11
桩号为0+083m滑坡体宽约115m滑弧半径约66m中心角为71.5°11月27日库水位降至58m时左坝段第一次滑坡边缘继续下滑滑坡前沿又向上游推移20余米总降幅为22.03m滑坡量左岸约30万m
3右岸约20万m3
图 1. 11 江西省七一水库坝坡失稳
1−心墙
2−风化土
3−风化土石9−滑坡前坝面
4−加高后下游坡10−滑坡后坝面
5−带截水槽的铺盖11−始降水位
6−推测的滑动面7−沙砾石
13−右岸滑坡时水位
8−页岩石英砂岩互层
12−左岸滑坡时水位
表 1. 5 12座土石坝滑坡前水位降落情况
编号[**************]
名称岭里红五一溪兜九龙岩廷洋三溪将溪坊头英雄院洋隔坑
放水经滑坡前最高库水位下降日平均降日最大降
连续放水原因
历天数蓄水位(m)幅度(m)落水深(m)落水深(m)8670.4613.760.160.60春灌需要[***********]
293.8296.2099.7741.0094.0096.00342.30431.8064.3100.7溢洪道顶
17.079.709.9718.009.009.0011.0018.808.6012.012.6
0.680.600.711.600.320.601.560.430.140.444.20
3.091.801.004.000.400.401.601.800.301.004.60
修理转动门盖转动门盖发生故障冬灌需要转动门盖故障更换转动门盖拉绳放水灌溉处理白蚁放水连续放水修理放水涵管降低水位抓鱼闸门被冲走
牛柘一级11
(2) 湖北省狮子岩土石坝坝坡失稳大坝为粘土心墙坝最大坝高45m1979年8月18日库水位为202.5m时发现大坝下游坡高程194m平台有一股漏水流出开始直径仅2cm以后逐渐加大到19日晨增加到20 cm水色灰黄并有细砂土粒带出经调查系大坝隧洞内的水渗出混凝土施工质量差所致
为此决定放空水库处理隧洞9月24
日在库水位205.15m时开始放水到12月1日库水位降落到181.2m历时68天共下降23.95m平均每天降落0.35m其中最大降速为11月26日至29日的4天总计降幅为6.4m随后上游坝体开始滑坡12月2日以后虽然停止放水水位保持在180.7m但滑坡继续扩大最后滑体的上口裂缝宽达0.5m两边高差2m左右剖面见示意图1.12
12 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
(3) 湖南省流光岭土石坝滑坡坝最大坝高42.5m
该坝位于湖南省邵东县涟水支流上大坝为均质土石
1968年冬水库水位从208.5m下降平均降落速度为1.1m/d长85m呈圆弧形弯向上游
至10日滑坡体基本稳定经实测向上游水平位移13.5m垂直位移3.98m剖面见示意图1.13
3. 泄洪雨雾
水工建筑物在汛期泄洪受影响的边坡承受持续的较常规暴雨强度大十几倍的降水最终导致滑坡
图 1. 12 湖北省狮子岩土石坝坝坡失稳
1−滑坡区
1−
心墙3−裂缝
4−放水前水位
5−滑坡时水位
12月5
日晨坝顶出现平行坝轴线纵向裂缝
图 1. 13
湖南省流光岭土石坝滑坡
1−第1次滑坡面2−第3次滑坡面3−最终处理后的上游面
目前已发生的规模较大的由泄洪雨雾导致的滑坡均发生于岩质边坡龙羊峡水电站在1987年和1989年7月汛期曾两次开闸泄洪1987年第一次泄洪后受水雾影响下游右岸虎山坡边坡即出现大范围开裂1989年泄水时山体在7月17日到25日发生急剧变形最终坠入河床位于龙羊峡下游的李家峡水电站下游3号滑坡是另一受雨雾影响发生于岩体沿层面滑动的例子张尚信吕祖衍2002
4. 江河崩岸
我国的大江大河如长江黄河珠江普遍存在崩岸问题图1.14是江西江新州河岸塌崩现象崩岸的触发因素是河岸的淘刷但最终是以滑坡来完成河岸回缩过程的河流出现弯道的自然现象就是江岸不断崩塌回缩形成的下面几个崩岸的实际资料足以说明崩岸现象的严重性
(1) 湖北鄂洲耙铺大堤塌崩1959至1989年期间江岸后退1324 m由于目前江岸已紧靠铁路和国道不得不斥巨资对河岸进行加固
(2) 1994 年6月11日湖北荆州北门口3 km 长的江岸以55 m/h回缩同年10月14日100 m 的河段3小时回缩了100 m
第1章 绪言 13
(3) 图1.15示湖南岳阳地区荆江门段的河势此处长江与洞庭湖之间的陆地距离只有13km但荆江门段的江岸每年以33m的速度回缩如不治理长江就会在近期直接进入洞庭湖导致整个地理生态环境的重大改变
河流弯道是大自然通过淘刷和滑坡改变地理环境的杰作当弯曲到一定程度后一次洪水就可以
裁弯取直
令河道重新顺直1998年洪水中发生的湖北排洲湾溃堤即是一
山河
了
必须千方百计
例遗憾的是人类活动的格局已经不能允许这种重新安排的
地保持现状因此在江河大堤整治工作中巨大的投资被用于制止崩岸的工程建设中据统计从1949年到1992年河道整治单位已在长江崩岸多发区倾倒了7000万
m3的石块崩岸
在“98”洪水后国家斥资
630亿元的整治大堤工程中
有30%至40%的经费用于防治
图 1. 14 江西江新州河岸塌崩
图 1. 15 湖南省岳阳地区荆江门段的河势
5. 尾矿坝
矿山火电厂在提供产品的同时每日每时都在生产堆放大量废弃物质这些物质通常以细颗粒形式通过水力输送集中堆放在某一地点年复一年形成了高度和库容都具一定规模的尾矿坝此类建筑物不可能按照很高的标准来修建因此失事的风险很大又因为尾矿颗粒极细失事时多以静力和动力液化状态瞬时向下游泄放洪水和废弃材料其迁移距离达几百米或几公里故其破坏力极大1985年7月19日位于意大利北部的Staver萤矿尾矿坝失事268人丧生1996年5月1日位于保加利亚北部的Sgurigrad铅锌铜矿的高45m的尾矿坝由于连续三天的暴雨使库水位上涨导致坝坡失稳液化后的材料随洪水冲向下游1km处107人丧生我国山西省金堆城音译钼尾矿坝高40m由于溢洪道不能正常运行导致坝内浸润线抬高1988年4月30日在坝的中心部位发生圆弧滑动溃后20人丧生智利Barahona铜矿高61m的尾矿坝坝坡仅为1:11928年10月1日遇8.3级地震坝体液化后形成一个约1500m的缺口54人丧生另一座智利铜尾矿坝EL Cobre New Park其下游坝坡虽已达1:3.7但在1965年3月28日的7级地震中发生液化导致一邻近的老坝溃决200余人丧生
国际大坝会议尾矿坝专业委员会曾对尾矿坝安全进行专题研究并收集了235个失事实例表1.6列出由于边坡失稳导致的尾矿坝失事实例
14 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
表 1. 6 国际大坝会议统计的由于边坡失稳导致的尾矿坝失事实例
原表编号[***********][***********][***********][***********]60165169
矿名, 国家
Avoca Mines, lrelandBafokeng, South AfricaBattle Mt. Gold,Nevada, USABig Florida, USABilbao, Spain
Cadet No. 2, Montana,USA
Captains Flat Dam2,Australia
Carr Fork, Utah, USACasapalca, PeruDeneen Mica, NorthCarolina, USA
GCOS, Alberta, CanadaKennecott, Utah, USAKimberley, BC, CanadaLower lndian Creek,MO, USA
Marianna Mine#58,PA,USA
Phelps-Dodge, NewMexico, USAPit No. 2. WestemAustralia
Ray Mine,Arizona,USA
Ray Mine,Arizona,USA
Southwest US, USAStancil, Maryland, USAStava, North ltalySuncor E-W Dike,Alberta, CanadaTexasgulf 4B Pond,USA
Texasgulf No. 1, USAUnidentified, UnitedKingdom
Unidentified, UnitedKingdom
Unidentified, ldano,USA
ldano, USA
Alfaria River, Florida,USA
Easterm USA
Peace River, Florida,USA
Unidentified, SouthernUSA
矿类铜铂金磷重晶石铜铜铅锌云母油砂铜铁铅煤铜稀土铜铜砂砾荧石油砂磷磷煤煤磷磷磷煤磷磷
坝高(m)[***********]
1975
0.3
[***********]60
0.3
[***********]73
0.0740.6
[1**********]9
12.3
[***********]7619651952
0.0380.2
1004,000
2.0
8,000
0.038
30
库容(106m3)131.54
失事时间(年)[1**********]6
0.115
1975
泄量(106m3)3.0
迁移距离(m)45,000
1.1
[**************]24.[**************]3
1952
0.5
1973
0.17
25,000
第1章 绪言 15
续表
编号[***********][***********]227232235
矿名, 国家
Union Carbide, Uravan,Colorado, USAZlevoto No. 4,Yougoslauia
Texas Gulf 4B Pond,Aurora, N, Carolina,USA
Olinghouse, Nevada,USA
La Belle, Pennsylvania,USA
Stava,North ltalyXishimen, ChinaSullivan Mine, BC,Canada
Placer, Surigao delNorte, Philippines
Mirolybovka, SouthernUkraine
Balka Chuficheva,Russia
Fernandinho, nr BeloHorizonte, BrazilMinera Sera
Grande:Crixas, Goias,Brazil
Stoney, Middleton, UKSgurigrad, Bulgaria
矿类铀磷/锌磷金煤荧石铁
坝高(m)[***********]254041
2.25Mt
[1**********]6
None
80.27库容(106m3)
失事时间(年)[***********][***********]19841981
0.025Zero
1,500
泄量(106m3)
迁移距离(m)
1.012.30.121.20.3
0.3
0.0223
金铁铁铁金
0.05none3.5
Out to sea
1,300
铅/铜/锌/银
451.520.226,000
1. 3 边坡稳定分析
1. 3. 1 边坡稳定分析的理论基础
在土力学中边坡稳定分析是和另外两个分支即土压力和地基承载力同时发展起来的1776年法国工程师库仑(C. A. Coulomb)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朗肯(W. J. M. Rankine1857)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地基承载力和边坡稳定分析中形成了一个体系这就是极限平衡方法
极限平衡法是建立在大家所熟悉的摩尔库仑强度准则基础上的其表达式为
τf=c′+σ′tanφ′=c′+(σ−u)tanφ′
(1.1)
式中τf为破坏面上的剪应力c′ 为土的有效粘聚力σ和σ′为破坏面上总应力和有效法向应力φ′ 为土的有效内摩擦角
极限平衡方法的基本特点是只考虑静力平衡条件和土的摩尔库仑破坏准则也就是说通过分析土体在破坏那一刻的力的平衡来求得问题的解当然在大多数情况下问题是静不定的极限平衡方法处理这个问题的对策是引入一些简化假定使问题变得静
16 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
定可解这种处理使方法的严密性受到了损害但是对计算结果的精度损害并不大, 这一点将是本书第2章重点讨论的问题之一由此而带来的好处是使分析计算工作大为简化因而在工程中获得广泛应用
进入20世纪70年代后随着计算机和有限元分析方法的产生和发展应用严格的应力应变分析方法分析建筑结构的变形和稳定性已变得可能因此有限元法也被广泛应用于边坡稳定分析采用这一方法可以不必对一部分内力和滑裂面形状作出假定使分析研究成果的理论基础更为严密从近30年的实际应用情况来看有限元方法也存在自身的局限主要是在确定边坡的初始应力状态把握边坡临近破坏时的弹塑性本构关系以及保证非线性数值分析的稳定性等方面遇到的困难另外还有计算成果和工程实践中采用的传统的安全系数判据接轨的问题近期在这方面取得了一些重大进展将在本书第9章简要介绍
1. 3. 2 边坡稳定分析的极限平衡法
从库仑和朗肯两种不同思路出发极限平衡方法也逐渐形成两个独立的分支一是通过研究滑裂面上作用的力的静力平衡和确定临界滑裂面求得问题的解在此基础上导出了目前广泛采用的稳定分析的条分法另一是在假定土体内处处达到极限平衡状态的前提下用特征线法求解应力场在一定的简化条件下获得问题的闭合解现作简要回顾
1. 极限平衡分析的垂直条分法
首先假定一个扰动因素使土体从目前的稳定状态进入极限平衡状态此时滑体内出现一假想的滑裂面在该滑裂面上每一点的法向应力和切向应力都满足摩尔−库仑强度准则
这个扰动因素在主动土压力的情况下是挡土墙对土体的支持力其反作用力即为主动土压力逐步减少的增量∆Pa它使土体最终朝着墙的方向下滑在被动土压力情况下是挡土墙对土体的作用力其反作用力即为被动土压力逐步增加的增量∆Pp它使土体背着墙的方向滑移在地基承载力问题中这个扰动因素就是表面荷载的增量∆q在边坡稳定问题中通常的作法是将土体的抗剪强度指标c′和φ′ 减少为
c′/F和tanφ′/FF称为安全系数
Sarma (1968)
提出了另一种做法
即在滑动土体每个单元加上一水平体积力
K∆W使土体在假设的滑裂面上达到极限平衡状态
在滑裂面为一特定的形状时如直线(Coloumb1776)或对数螺旋线(Terzaghi, 1944)则可以通过求解静力平衡方法唯一地确定相应该滑裂面的上述扰动因素的量值如果滑裂面为任意形状那么为了确定沿滑裂面的应力分布需要将滑动土体分成若干垂直土条通过分析作用于土条上的力来建立平衡方程为了使问题变得静定可解还需要对土条间的作用力作一些假定最终获得使该滑裂面处于极限平衡状态所需要的扰动因素的量值
在求得一个滑裂面的扰动因素的量值后还要对不同的滑裂面
重复这一计算步骤获得一系列的扰动量
真实的临界滑裂面相应于
1) 最小的∆Pa2) 最小的∆q3) 最小的K或F
最大的∆Pp
第1章 绪言 17
2. 滑移线法上限解法
上述极限平衡的垂直条分法获得的是一个满足静力平衡条件的应力场同时要求滑裂面上每一点的应力状态均在摩尔圆上或以内但是并不要求滑体内的每一点的应力状态均在摩尔圆上即处于极限平衡状态因此所获得的解应小于或等于使边坡发生的破坏真实荷载在塑性力学领域属下限解下面要讨论的滑移线法是假定土的破坏区内各点均达到了极限平衡条件这样在破坏区域的每一点除了可以建立静力平衡条件外还可以增加一个摩尔−库仑破坏条件在一定的边界条件下可以用特征线法求解由此形成的方程组在一些简化的边界和土质条件下可以获得闭合解解得的特征线就是土力学中滑移线其中一组就是滑裂面索科洛夫斯基1954龚晓南等2000闭合解
索科洛夫斯基(1954)提出了一个系统的方法
在土压力领域朗
肯理论便是在边界条件非常简单的情况下的一个实例Prantdl (1921)解得了地基承载力的
应用该法可以给出较复杂边界条件
下的土压力地基承载力和边坡稳定的一系列闭合解
条分法和滑移线法的主要区别是后者假定土体的每一个单元都达到了极限平衡状态而前者只假定土体沿滑裂面达到了极限平衡严格的条分法通过合理性条件也对土条的应力状态作出限制但仍允许一部分土体处于弹性状态因此所得通常是一个偏保守的解属下限范畴滑移线法由于假定破坏土体处处达到极限平衡因此相应的是一个上限解目前在边坡稳定分析领域普遍使用垂直条分法其原因大概是
1) 在滑坡时
确实存在着一个明确的滑裂面
索氏使用的纯解析的方法很难实行
2) 天然边坡包含十分复杂的土质和边界条件
上世纪90年代Donald和作者曾致力于开发一个基于对土条进行斜分条的极限分析方法(Donald & Chen, 1997)这一方法假定滑动土体在滑面和倾斜界面均达到了极限平衡用虚功原理来求解安全系数这一方法实际是索科洛夫斯基理论滑移线法在一维条件下的简化同时又可纳入塑性力学上限解的理论体系大量的算例证明这一方法对一些具有闭合解的特例可以获得和索氏解答完全一致的计算成果对于大量实际边坡问题上限解法又和垂直条分法获得安全系数十分接近如果同时采用极限平衡的垂直条分法和Donald & Chen的斜条分法那么可以分别从上限和下限逼近边坡问题的真实解
有关极限平稳和极限分析的理论还可参阅其它文献沈珠江2000; Chen, 1975由于岩质边坡通常存在一组陡倾角的结构面因此建立在对滑坡体斜分条基础上的极限平衡方法在模拟节理岩体方面有独特的优越性已经证明这一方法和分析岩质边坡的Sarma法是完全等效的
本书是叙述土质边坡稳定分析方法的专著作者将垂直条分的极限平衡分析方法作为贯穿于全书的主线而在拟与他人合作编写的另一本阐述岩质边坡的专著中作者将以斜条分法作为贯穿全书的主线在该书问世以前有兴趣的读者可以参阅已经发表的一系列有关论文(Donald & Chen, 1997; 陈祖煜1997; 陈祖煜汪小刚2000陈祖煜汪小刚1999Chen, et. al. 2001; 陈祖煜2002)需要说明的是尽管垂直条分法是在土质边坡分析领域中提出的但是其基本原理在岩质边坡和坝基抗滑稳定分析中同样适用同时本书也给出了这方面的应用实例
18 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
1. 1. 3 极限平衡法理论体系的形成
如前所述本书将全面论述建立垂直分条的极限平衡方法在过去的半个世纪随着计算机和计算技术的发展这一方法逐步从一种经验性的简化方法发展成为一个具有完整的理论体系的成熟的分析方法为此我们简要地回顾这一方法的发展过程
1. 各种分析方法的产生应用及其局限性
Fellenius (1927)提出边坡稳定分析的圆弧滑动分析方法
即瑞典圆弧法该法假定土条底法向应力可以简单地看作是土条重量在法线方向的投影同时由于滑裂面是圆弧因此法向力通过圆心对圆心取矩时不出现使计算工作大大简化在没有计算机的年代这是一个实用的方法
Bishop (1950)对传统的Fellenius法作了重要改进首先他提出了安全系数的定义即上节中对F的定义然后通过假定土条间的作用力为水平方向求出土条底的法向力同样Bishop通过力矩平衡来确定安全系数
在这以后的几十年里研究者致力于通过力的平衡确定安全系数Janbu (1954)假定土条间力为水平Lowe和Karafiath (1959)建议条间力倾角为土条顶部和底部倾角的平均值美国陆军工师团假定条间力的倾角等于平均坝坡由此求得的安全系数因为没有满足力矩平衡要求也是简化法在我国
传递系数法使用相当广泛由于此法从未见诸于国
外的文献在本书第3章作了专门的讨论
2. 稳定分析极限平衡法严格体系的形成
各种简化方法反映了早期人工手算的需要随着计算机的出现和普及在生产实践中采用更为严格的方法已经具备条件因此一部分研究者致力于建立同时满足力和力矩平衡对滑裂面形状不作假定的严格分析方法Morgenstern & Price (1965)提出了适用于任意形状滑裂面严格方法
以后Spencer提出了条间力倾角为常数的方法
这一方法实际上是
Morgenstern−Price法中f (x)=1的一种特例1973年Janbu 在其简化法的基础上提出了同时满足力和力矩平衡的通用条分法
这一方法区别是于其他方法的一个重要方面是通过
假定土条侧向力的作用点而不是作用方向来求解安全系数
由于极限平衡法通过引入假定的方式来求解本质上静不定的问题这一作法的合理性问题一直是人们普遍关注的Morgenstern & Price最早提出了解的合理性限制问题提出所获得的解必须使
1) 土条间不产生拉力
2) 作用于土条界面上的剪力不超过按摩尔−库仑法则提供的抗剪强度Morgenstern &Pricc还提出了这样的推论不同的关于土条作用力的假定只要满足上述两个合理性条件限制相应的安全系数彼此相差不大如果这个推论成立的话极限平衡法包含的不严密的处理方式可以在理论上获得到很大的弥补
笔者和Morgenstern教授对Morgenstern−Price法作了改进(Chen & Morgenstern, 1983)其主要内容为
1) 完整地推导出了静力平衡微分方程的闭合解提出了求解安全系数的解析方法从根本上解决了数值分析的收敛问题
第1章 绪言 19
2) 提出了为保证剪应力成对原理不被破坏土条侧向力在边界上需遵守的限制条件因而减少了对土条侧向力所作的假定的随意性
3) 提出了一个求解安全系数合理解的最大最小值的方法并通过算例说明最大最小值确实十分接近
上述研究成果将在本书第
2
章中介绍在我国的那个
潘家铮(1978)对极限平衡法的理论基础作出了解释
同时
他指出
滑坡发生时
并对
其内力会自动调整,
以发挥最大的抗滑能力
孙君实(1984)应用模糊数学理论
潘家铮的论点作了证明
3. 数值分析的稳定性问题
满足力和力距平衡条件的通用条分法通常归结为求解一个包含两个未知值的非线性方程组的问题需要解决的一个难题是数值分析的收敛问题这可以从众多的文献中可以了解到 (Morgenstern & Price, 1976Wright1969Soriano1976Ching and Fredlund1983年)不少学者提出了对策
(1) 试凑法(Trial and error)首先假定一个安全系数F同时对内力分布作一假定如假定条间剪力为零然后逐步调整F和内力分布直到全部平衡条件均得到满足这一方法的一个典型例子是Jambu在1973年提出的通用条分法参见2.5.4节严重的收敛困难问题
(2) 一个变量的迭代法Sarma (1973)提出的对每个土条施加水平力的处理方法其主要的好处是可以通过直接求解代数方程求到未知量K参见2.5.4节
当然当将K转化
为工程界容易接受的安全系数F时仍需引入迭代步骤但已经将二个变量的迭代问题简化为一个变量的迭代问题Fredlund (1980)介绍快速收敛手法(Rapid Solver)寻找G(F,λ)和M(F,λ)两条曲线的交点解得F和λ参见2.3.1节脱离试凑的局限
(3) 牛顿−勒普生法事实上对于一个仅包含二个未知量的线性方程组采用解析方法求解并不困难Chen & Morgenstern改进的通用条分法成功地获得了进行牛顿−勒普生法迭代所需的多项导数的计算公式因而在绝大多数情况下都能保证数值计算快速收敛
4. 确定最小安全系数的方法
边坡稳定分析的第二步是在众多的可能滑裂面中寻找一个相应最小安全系数的临界滑裂面近年来最优化方法被广泛应用于这一课题
Baker(1980)使用动态规划来寻找最小安全系数这个方法把求解最小安全系数和求解安全系数藕合在一起十分繁复以后大部分研究者都使用最优化方法Cellestino and Duncan(1980)
Li & White (1987)采用多变量法Nguyen (1985)采用单形法我国张天宝(1981)对圆弧滑裂面采用解析法求解临界滑裂面
孙君实(1983)采用复形法对任意形状滑裂面确定
最小安全系数周文通(1984)使用Powell法计算改良圆弧法的最小安全系数
本书作者自20世纪80年代后期开始这一领域研究1988年在加拿大岩土工程学报上与邵长明共同著文介绍了采用单形法负梯度法和DFP法求解任意形状滑裂面的安全系数
所有这些方法均没有从本质上
这一方法存在
真实的滑裂面是提供最小的抗滑能力
对解的合理性问题提出了模糊约束条件
20 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
极值的成果进入20世纪90年代后陆续出现了采用非数值分析方法蒙特卡洛法随机搜索法遗传算法模拟退火法搜索安全系数的极值问题将在第4章介绍有关的研究成果
1. 4 本书的主要内容和结构
本书不是一本全面阐述滑坡产生的工程地质背景破坏机理岩土力学特征以及分析和治理方法的专著本书仅涉及了这一学科中的一个十分具体的领域即边坡稳定分析方法相对于滑坡分析和治理的其它学科分支来说这是一个难度较小发展比较成熟的领域尽管它并不能解决滑坡分析和治理的全部问题但它在边坡的设计和加固中仍占有重要地位作者希望通过本书全面阐述对土质边坡进行稳定分析的原理和方法并介绍有关程序和使用说明
在本章中我们已经回顾了滑坡灾害给人类的生命和财产带来巨大损失从而认识到开展滑坡分析和治理的重要意义并简要回顾了进行边坡稳定分析的理论背景和各种方法
第2章 “边坡稳定分析的通用条分法”着重阐述边坡稳定分析极限平衡法的基本原理介绍由作者和Morgengtern教授改进的稳定分析的通用条分法并简要回顾其它通用条分法的原理
第3章边坡稳定分析的简化方法介绍瑞典法Bishop和滑楔法等边坡稳定分析的简化方法并讨论其计算精度和适用范围
边坡稳定分析包括计算一个滑裂面的安全系数和计算临界滑裂面两个步骤第4章确定最小安全系数的最优化方法全系数的原理和方法
在边坡稳定分析中正确地进行土的抗剪强度试验采用合理的强度指标对于计算成果的合理性具有重要意义第5章土的抗剪强度简要回顾土的抗剪强度基本理论以及通过试验理论分析和现场测试确定土的抗剪强度的方法介绍有效应力法和总应力法的原理同时讨论了粘性土的残余强度和粗颗粒土的非线性强度问题
第6章土的孔隙水压力介绍确定孔隙水压力的基本理论讨论土石坝施工期正常运行期库水位骤降期确定孔隙水压力的方法
土石坝是规模最大的土方建筑物我国共有8.5万座高度超过15m的土石坝其安全关系到成千上万人的生命财产本书第7章土石坝各运用期的稳定分析介绍土石坝在施工期稳定渗流期库水位骤降和地震时边坡稳定分析的具体步骤讨论针对各工况的具体特点合理地确定筑坝土料和地基的强度指标的问题然后应用有效应力法或总应力法求解稳定安全系数
第8章边坡加固稳定分析介绍对挡土墙加筋土土锚钉等各种边坡加固措施的设计计算方法讨论通用条分法在土压力领域的推广应用
第9章有限元法在边坡稳定分析中的应用介绍渗流固结和应力应变有限元分析的基本原理和方法并介绍了这一体系严格的方法近期与传统的安全系数处理准则接轨方面的研究成果
介绍使用最优化方法搜索圆弧和任意形状滑裂面的最小安
第1章 绪言 21
第10章 “边坡稳定的可靠度和风险分析介绍边坡和大坝风险的分析方法着重讨论进行可靠度分析的原理和方法以及相关的研究成果岩土工程分析包含有大量的不确定因素边坡稳定分析的一个重要任务就是正确地定量地把握这些不确定因素合理地评价边坡的失稳风险这一问题在近期受到学术界的广泛重视
第11章和第12章是具体实现本书介绍的边坡稳定分析方法所不可缺少的内容第11章程序设计介绍边坡稳定分析程序的结构和程序设计方法并附以主要源程序第12章 程序使用说明介绍由作者开发的边坡稳定分析程序STAB的使用方法本章附有30个例题详细介绍了各种功能的使用方法本书各章使用的大量例题和工程实际应用的数据文件都是通过STAB程序实现的
第13章工程案例详细记载使用STAB程序完成的13个工程的计算成果包含三峡小浪底天生桥等国内重要水电工程
第14章 “三维极限平衡分析方法介绍作者近期研究开发的三维边坡稳定极限平衡分析方法的原理和应用实例引入三维分析可以更加合理地模拟滑坡发生的真实情况在某些特定条件下三维分析对于解决实际的工程问题具有二维方法不可替代的作用
在阐述的各章内容时作者列举了大量算例和工程应用实例本书的一个重要特点是提供了大部分例题的原始数据文件也就是说读者可以应用STAB程序重演本书中介绍的内
容在每章的最后一节作者提
供了一个数据文件列表读者可以通过网站下载相应的数据文件读者也可以从此网站下载第11章介绍的源程序和测试题以及在第12章介绍的STAB程序的普及版
参考文献
1
2
3
4
5 6 7
8
9 Baker, R. and Garber. M. Theoretical analysis of the stability of slopes. Geotechnique, 28 (4): 395-411. 1978Bishop, A. W. The use of the slip circle in the stability analysis of slopes, Geotechnique, 1(1): 7-17. 1955Brand, E. W. Occurrence and significance of Landslides in southeast Asia. In ‘Landslides: extant andeconomic significance’. Brabb & Harrod (eds), Balkema. 1989Chen, Zuyu and Morgenstern, N. R. Extensions to the generalized method of slices for stability analysis,Canadian Geotechnical Journal. 20(1) :104-119. 1983Chen, Yujong. et. al. Breach of a natural lake on Yalong River. Canadian Journal of Civil Engineering. 19(5):811-1992Chen, W. F. Limit analysis and soil plasticity. Elsevier. 1975陈祖煜. 黄文熙讲座土力学经典问题的塑性力学上下限解岩土工程学报. 24(1): 1-11. 2002陈祖煜, 汪小刚. 极限分析数值方法. 土工计算机分析第9章龚晓南主编. 北京中国建筑工业出版社. 2000. 234-256陈祖煜汪小刚. 岩石高边坡失稳机理和分析方法. 岩石高边坡的变形与稳定. 北京中国水利水电
出版社 1999. 第5章. 86-107
Using the Upper Bound Theorem, Part I: Theory and Methods, 2001, International Journal of RockMechanics and Mining Sciences. 38 369 –37810 Chen, Z. Wang, X, Haberfield, C, Yin, J, Wang, Y. A Three-dimensional Slope Stability Analysis Method
11 陈祖煜. 边坡稳定分析的塑性力学上限解和下限解. 中国水利电力技术发展和成就. 北京中国电力
出版社. 1997. 198-208
12 Donald, I. and Chen, Zuyu. Slope stability analysis by an upper bound plasticity method. Canadian
Geotechnical Journal, 1997. 34(11): 853-862
22 土质边坡稳定分析原理⋅方法⋅程序
13 14
15
16 邓养鑫. 我国黄土高原的泥石流泥石流学术讨论会兰州会议文集四川科学技术出版社. 1986. 35∼44Fellenius W. 1927, Erdstatisch Berechnungen, Berlin W.Ernst und Sohn revised edition, 1939冯学才郭安宁. 我国地震滑坡的一般特征. 滑坡文集中国铁道出版社. 1988年北京35-44龚晓南, 史美东. 第7章. 滑移线场数值解. 土工计算机分析. 龚晓南主编. 中国建筑工业出版社. 2000.
193-214
17 Hansen, A. and Frank, C. 1991. Characterisation and mapping of earthquake triggered landslides for seismic
zonation. Proceedings of the 4th International Conference on seismic zonation. Standforfd, California. Vol. 1.149-195
18 ICOLD Committee on Dams and Waste Lagoons. Tailing dams: risk of dangerous occurrences.19 Janbu, N., 1973. Slope stability computations, Embankment Dam Engineering, John Wiley and Sons, New
York. 47-86
1 李鸿琏. 天水地区黄土滑坡. 滑坡文集. 北京: 中国铁道出版社. 1988. 100-106
21 Lin, M. L. and Jeng, F. S. Hazards induced by extremely heavy rainfall in a major fault zone. ISSMGE ATC3
Workshop on Rainfall Induced Landslides. 2001.
22 Lowe. J. III. and Karaflath. L.1960. Stability of earth dams upon drawdown. Proc. 1st Panamer. Conf. SoilMech. Mexico City 2. 537-55223 李坤黄土滑坡的形成及分布规律, 滑坡文集. 北京: 中国铁道出版社. 1988. 66-72
24 刘瑞华等97.5.8飞来寺泥石流重灾机制分析. 兰州滑坡泥石流学术研讨会文集. 兰州大学出版社
文集编委会主编. 320-325. 1998
25 李昭淑陕西省典型土滑坡崩塌的成因分析及治理意见. 滑坡文集. 北京: 中国铁道出版社. 1988.
138-143
26 Morgenstern, N.R. and Price, V. The analysis of the stability of general slip surface, Geotechnique, 1965. (15):
l: 79-93
27 潘家铮, 1980. 建筑物的抗滑稳定和滑坡分析北京水利出版社28 Palmieri, A. Discussion. Lake Sarez. Proceedings of International Congress on Large Dams. Q78. Vol. 1:108-
111. 2000
29 Prandtl L. 1920 . Uber die harte plasticher korper . Nach . K. Ges . Wiss. Gott., Math .-phys. Klasse, 74-85.30 汝乃华牛运光大坝事故与安全北京中国水利水电出版社. 2001
31
32
33
34 Sassa et. al. 1995. Lamdslides triggered by the Hyogoken-Nanbu earthquake. Landslide News. No. 9. 2-5.Sarma. S. K. 1973. Stability analysis of embankments and slopes. Geotechnique 23, No. 3. 423-433.孙广忠姚宝魁. 中国滑坡地质灾害及其研究. 中国典型滑坡. 北京科学出版社. 1988. 1-12Schuster, R. L. Usoi landslide dam, Southeastern Tajikistan. Proceedings, International Symposium onLandslide Mitigation and Protection of Culyural and Natural heritage, UNESCO and Kyoto University, Kyoto,Japan, 21-25, January, 2002. 489-505
35 Spencer, E. 1967. A method of analysis of embankments assuming parallel inter-slice forces, Geotechnique,
No. 17. 11-26.
1 沈珠江2000. 理论土力学. 北京
中国水利水电出版社
37 Wright, S. Slope stability analysis, Closure. Proceedings on Analysis and Design in Geotechnical Engineering.38
39 40
41
42
43 ASCE 1978. Volume. 2. 153王恭先. 面向21世纪我国滑坡灾害防治的思考. 兰州滑坡泥石流学术研讨会文集. 兰州大学出版社文集编委会主编. 1998. 1-8王业钵钟文运杨运仪陆宏. 鲁布路水电站发耐滑坡稳定性分析及评价. 高边坡工程. 2:131-143王志硕. 龙羊峡虎山坡不稳定岩体变形特征及破坏机制分析. 高边坡工程. 创刊号. 144-156
姚国芳. 福建高速公路路堑边坡及滑坡病害防治工作情况介绍. 中国科技咨询中心滑坡防治技术培训班讲义. 2002Zeng, S. Zhao, P. W. Yuan, W. 1992. A disastrous landslide in Touzhai Valley, Yunnan, China. LandslideNews. No. 6. 31-32张尚信吕祖衍. 泄洪消能雾化对边坡稳定及工程设施的影响. 水利水电勘测设计标准化. 2002.
51(3) :31-38