【正文】 n個(gè) 力矩方程 n個(gè) 共計(jì) 3n個(gè)方程 高次超靜定問(wèn)題?。。? 假定土條極薄，合力為土條中點(diǎn) 共計(jì) 4n2個(gè)未知數(shù) 兩條可 能途徑 引入土體的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 簡(jiǎn)化假定 減少未知數(shù) 增加方程數(shù) 假定的分類(lèi)： 假定 n1個(gè)條間剪應(yīng)力 畢肖普法 假定條間合力的方向 Spance法、 Sarma法、摩根斯坦 普萊斯法 不平衡推力法 假定條間合力作用點(diǎn)位置 簡(jiǎn)布 普遍條分法 計(jì)算方法 所滿足的平衡條件 滑裂面 形式 計(jì)算 方式 條間力假定 整體力矩 整體力平衡 土條力矩 垂直力 水平力 瑞典圓弧法 √ ╳ ╳ ╳ ╳ 圓弧 直接 無(wú) 簡(jiǎn)化 Bishop √ ╳ ╳ √ ╳ 圓弧 迭代 “形同虛設(shè)”的假定 簡(jiǎn)布法 ╳ √ √ √ √ 任意 試算迭代 * 推力線的位置 斯賓塞法 √ √ √ √ √ 任意 試算迭代 * 法向條間力與切向條間力的關(guān)系的固定關(guān)系 摩根斯坦 √ √ √ √ √ 任意 試算迭代 * 法向條間力與切向條間力的關(guān)系的函數(shù)關(guān)系 Sarma法 √ √ ╳ √ √ 任意 直接 地震水平力 不平衡推力法 ╳ √ ╳ √ √ 任意 迭代 推力方向 條分法各類(lèi)方法推導(dǎo)一覽表 ?條分法計(jì)算的流程與步驟 尋找滑裂面 確定方法 求解安全系數(shù) 確定最小安全系數(shù)與相應(yīng)滑裂面 ?條分法計(jì)算結(jié)果 正確評(píng)價(jià)條分法 ? 條間作用力的考慮對(duì)分析結(jié)果的作用 ? 條件假定應(yīng)滿足的條件 ? 計(jì)算條件與實(shí)際工作條件的差距 土條界面不違反土體破壞準(zhǔn)則 土條界面不出現(xiàn)拉應(yīng)力 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法 ? ?c o s s in ta ns in c o ssc L W U VFWV? ? ???? ? ???sinHZL ???12 wwU Z L?? 212wwVZ??當(dāng)張裂縫位于坡頂面時(shí) 當(dāng)張裂縫位于坡面時(shí) ? ?? ?221 1 c o t c o t2W H Z H? ? ???? ? ???? ? ? ?221 1 c o t c o t t a n 12W H Z H? ? ? ???? ? ???平面滑動(dòng)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析 楔形滑動(dòng)巖坡穩(wěn)定性分析 設(shè)滑動(dòng)面 1和 2的內(nèi)摩擦角分別 和 ，粘聚力分別為 和 ，其面積分別為 和 ，其傾角分別為 和 ，走向分別為 和 ，棱線的傾角為 ，走向 ，棱線的法線與滑動(dòng)面之間的夾角分別為 和 ，楔形體重量為 ，兩個(gè)滑面上的法向反力為 和 。 ?抗剪斷強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度 ?巖質(zhì)邊坡中不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值規(guī)定： 硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面應(yīng)取抗剪斷峰值強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值或小值平均值 軟弱夾層及軟弱結(jié)構(gòu)面應(yīng)取抗剪峰值強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度 成組節(jié)理按其采用的優(yōu)勢(shì)方向考慮連通率與抗剪斷峰值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值折減 泥化夾層應(yīng)取殘余強(qiáng)度 ?巖體抗剪斷強(qiáng)度 整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)巖體呈脆性破壞時(shí)采用峰值強(qiáng)度參數(shù)概率分布的 、或小值平均值、或優(yōu)定斜率罰下限值為標(biāo)準(zhǔn)值 無(wú)填充、閉合的鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及隱微裂隙發(fā)育巖體呈塑性破壞或彈塑性破壞時(shí)采用屈服強(qiáng)度的平均值為標(biāo)準(zhǔn)值 無(wú)特定控制結(jié)構(gòu)面的各向同性節(jié)理巖體強(qiáng)度采用霍克 布朗巖體破壞準(zhǔn)則或 GSI或 RMR系統(tǒng) ?巖質(zhì)邊坡的參數(shù)確定 ?對(duì)于無(wú)條件的二、三級(jí)邊坡可按照下表和反算分析等方法綜合確定 結(jié)構(gòu)面類(lèi)型 結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度 內(nèi)摩擦角 φ （ 176。 ?粘性土參數(shù)指標(biāo) ?膨脹土邊坡宜采用反復(fù)剪切試驗(yàn) 施工開(kāi)挖和水位降落工況，有效應(yīng)力法與總應(yīng)力法同時(shí)采用，取小值。此時(shí)應(yīng)采用基本組合設(shè)計(jì)。 計(jì)算安全系數(shù)時(shí)加固力應(yīng)按增加的抗滑力考慮。 在對(duì)降水或泄流雨霧引起地下水位短期壅高情況，以及水庫(kù)水位驟降情況進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析時(shí)，滲透系數(shù)應(yīng)采用小值平均值，地下水位宜按不穩(wěn)定滲流估算確定。具體方法可將裂隙水壓力乘以小于 1的折減系數(shù)。 在地下水位以下的巖體內(nèi)的貫通性結(jié)構(gòu)面和強(qiáng)卸荷裂隙帶，按地下水等水位線圖內(nèi)插或外延，確定作用其面上的地下水壓力。（水土合算或分算） 在邊界面上和計(jì)算的分條、分塊面上以面力計(jì)算水壓時(shí)采用飽和重度：以體力法計(jì)算水壓力時(shí)采用浮重度，同時(shí)在滑面上扣除自坡外水位起算的靜水壓力； 降雨情況下的非飽和巖、土體采用具一定含水量的重度，根據(jù)測(cè)試或估算確定． 上述各種重度應(yīng)取平均值。 傾倒 發(fā)生在層狀及似層狀結(jié)構(gòu)巖體的一種破壞形式，巖體向臨空方向傾倒，底部形成折斷面 邊坡的失穩(wěn)模式 邊坡的分類(lèi) 第三章 邊坡穩(wěn)定性分析 穩(wěn)定性概念 ?真實(shí)物理量與虛擬物理量 ?穩(wěn)定性概念是強(qiáng)度問(wèn)題，而不是力的概念 ?整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性的關(guān)系 ?邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題的缺陷 fSF???SF???下 滑 力滑 動(dòng) 力點(diǎn)安全系數(shù) 安全系數(shù) 穩(wěn)定系數(shù) 強(qiáng)度穩(wěn)定 變形穩(wěn)定 SF顯然 ， 1，土坡穩(wěn)定； 1，土坡失穩(wěn)； =1，土坡處于臨界狀態(tài)。 滑塌 (slip— slumps) 是因開(kāi)挖、填筑、堆載引起斜坡的滑動(dòng)或塌落，一般較突然，粘性土類(lèi)邊坡有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)變形發(fā)展過(guò)程。 《 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 》 GB 503302022 ? 建（構(gòu)）筑物場(chǎng)地或其周邊，由于建（構(gòu)）筑物和市政工程開(kāi)挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對(duì)建（構(gòu)）筑物安全或穩(wěn)定有影響的自然邊坡 《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范 》 DL/T 53532022 ? 地殼表面具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，由坡頂、坡面、坡腳及其下部一定深度內(nèi)的坡體組成 。 ◆ 水平地震力的方向沿隧道縱軸 僅需考慮洞門(mén)及洞口一個(gè)環(huán)節(jié)襯砌。 抗震設(shè)計(jì)方法：地震系數(shù)法 其它方法： ①波動(dòng)法；②相互作用法；③數(shù)值分析方法，等。 2. 洞門(mén)端墻及擋（翼）墻檢算規(guī)定 墻身截面壓應(yīng)力 ≤容許應(yīng)力 墻身截面偏心距 e ≤ 基底應(yīng)力 ≤地基容許承載力 基底偏心距 e 巖石地基 ≤B/4，土質(zhì)地基≤B/6（ B為墻底厚度） 滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) KC ≥ 傾覆穩(wěn)定系數(shù) K0 ≥ 洞門(mén)計(jì)算的概率極限狀態(tài)法 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定隧道洞門(mén)除按破損階段法進(jìn)行檢算外，還可采用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。條帶寬度一般為 1m，最不利位置～墻體最高點(diǎn)。 計(jì)算處理： ①主動(dòng)土壓力按庫(kù)侖理論進(jìn)行計(jì)算； ②無(wú)論墻背仰斜或直立，土壓力的作用方向均假定為水平； ③不考慮被動(dòng)土壓力。 （ 1）承載能力極限狀態(tài) 混凝土矩形截面中心及偏心受壓構(gòu)件，其受壓承載能力： （ 2）正常使用極限狀態(tài) 從抗裂要求出發(fā)，混凝土矩形偏心受壓構(gòu)件的抗裂承載力按下式檢算： 解析法 巖體力學(xué)方法 數(shù)值分析法 ◆ 邊界元法、無(wú)限元法、有限元法、有限元法耦合方法等，僅介紹有限元法 （ 1）單元類(lèi)型的選擇和網(wǎng)格劃分 圖 511 隧道計(jì)算范圍及網(wǎng)格劃分 （ 2）計(jì)算范圍的選取 ① 隧道開(kāi)挖影響范圍～距開(kāi)挖面中心點(diǎn) 3~5倍洞跨的范圍； ② 邊界上位移為零。 ◆ 偏心距限制 混凝土襯砌的偏心距不宜大于 ； 石砌體偏心距不應(yīng)大于 ； 基底偏心距，對(duì)巖石地基不大于 1/4倍墻底厚度，對(duì)土質(zhì)地基不大于 1/6倍墻底厚度。 ◆ 當(dāng) 時(shí)，由抗壓強(qiáng)度控制其承載能力，因此僅需按抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢算。 5. 未知節(jié)點(diǎn)位移的求解和彈性支承的調(diào)整 （ 1）邊界條件 ◆ 圍巖抗力彈簧支承就是一種邊界約束，已在拼總剛中考慮了； ◆ 基底支座～水平位移為 0。 (3) 墻腳彈性支座單元?jiǎng)偠染仃? 圖 57 彈性鏈稈單元示意圖 圖 58 墻角彈性支座單元示意圖 （ 1）結(jié)構(gòu)剛度方程的形成 （ 2） 結(jié)構(gòu)剛度矩陣的特點(diǎn) ◆ 對(duì)稱(chēng)矩陣 (反力互等定理 )； ◆ 稀疏的帶狀矩陣，非零元素的個(gè)數(shù)一般只占元素總 數(shù)的 5％左右； ◆ 是非奇異矩陣。 圖 55 等效節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算示意圖 垂直均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點(diǎn)力分量為： 水平均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點(diǎn)力分量為： (3)圍巖彈性抗力的處理 ◆ 以彈簧支承模擬圍巖彈性抗力，即在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置一根彈簧鏈桿，彈簧力即為圍巖抗力； ◆ 以溫氏假定反映抗力與節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系； ◆ 彈簧支承的方向：應(yīng)按襯砌與圍巖的接觸狀態(tài)而定。 ◆ 墻基礎(chǔ)的處理：假設(shè)邊墻底端是彈性固定，即能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直下沉，不能產(chǎn)生水平位移。 圖 5— 1 荷載 — 結(jié)構(gòu)模式 (1) 主動(dòng)荷載 ◆ 主要荷載 ◆ 附加荷載 (2) 被動(dòng)荷載～圍巖抗力 ◆ 共同變形理論 ◆ 局部變形理論 圖 53 局部變形示意圖 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算的矩陣位移法 矩陣位移法又叫直接剛度法，它是以結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，聯(lián)接在同一節(jié)點(diǎn)各單元的節(jié)點(diǎn)位移應(yīng)該相等，并等于該點(diǎn)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移（變形協(xié)調(diào)條件）；同時(shí)作用于某一結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的荷載必須與該節(jié)點(diǎn)上作用的各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)力相平衡（靜力平衡條件）。 適用于： 錨噴支護(hù) 述 ◆ 將支護(hù)和圍巖分開(kāi)考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載的主體，圍巖作為荷載的來(lái)源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承，與其對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型稱(chēng)為荷載 — 結(jié)構(gòu)模型。 ◆ 采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。 分析下圖： 圖 4 11N T 2W 2NT 2PT 1W 2B FW 1E AhB tT 1θD CH Gφ0 φ0HHt?s in2 11 TWP ?????c o s21 211 hT ? 圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè) 直接量測(cè) 間接量測(cè) 思考題： ？在進(jìn)行圍巖分類(lèi)時(shí)主要考慮什么因素？我國(guó)交通隧道圍巖分類(lèi)對(duì)這些因素是如何處理的？ 30m，圍巖為 Ⅴ 級(jí)，凈寬為 12m，凈高為10m，圍巖天然容重 20KN/m3，試計(jì)算該隧道圍巖壓力？ 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隧道洞門(mén)計(jì)算 巖體力學(xué)方法 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 隧 道抗震計(jì)算 ◆ 圍巖不僅是荷載，同時(shí)又是承載體； ◆ 地層壓力由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受； ◆ 充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性。 適于：埋深 H ≤hq 垂直壓力： q=γH 水平壓力按朗金公式： e = γ(H + 1/2 Ht)tg 2(450 – Φ/2) Ht 為隧道凈高。 ◆ 假定： 破裂面為折線 — OAB ◆ 方法： 研究微分條帶 dh的平衡 。 tb tHtbb? 一般來(lái)說(shuō) ， 普氏理論比較適用于松散 、 破碎的圍巖中 。 普氏系數(shù) f(巖體堅(jiān)固性系數(shù) ): 0t a nt a n ?????? ????? cf巖體堅(jiān)固性系數(shù) f 的概念： f— 是一個(gè)以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。 圖 47 圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形 統(tǒng)計(jì)法公式僅針對(duì)圖中第一種情況。 水平壓力見(jiàn)表 47： 表 47圍巖水平均布?jí)毫? 圍巖級(jí)別 Ⅰ 、 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平均布?jí)毫? 0 ＜ ( ～)q (～)q (～)q 統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件： ? H/B＜ ， H為坑道的高度； ? 深埋隧道； ? 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； ? 采用礦山法施工 。 圍巖松動(dòng)壓力的形成和確定方法 自然拱 影響自然拱的因素： ●隧道埋深～成拱的必要條件 ●隧道斷面形狀和大小～拱的范圍