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1、土力学与土质学 (第8章）第8章 土坡稳定性分析学习要求： 掌握土坡滑动动失稳稳的机理，砂土土坡均值值粘土土 坡的整体稳稳定分析方法和成层层土土坡稳稳定分析条分法 。1掌握无粘性土土坡的稳稳定性分析法2掌握粘性土土坡的圆圆弧稳稳定分析法，了解毕毕 肖普等其它常用分析方法 基本内容：8.1 土坡稳定性分析工程意义8.2 无粘性土土坡稳定性分析8.3 粘性土土坡稳定性分析8.4 工程中的土坡稳定性计算8.1 土坡稳定性分析工程意义工程实际实际 中的土坡包括天然土坡和人工土坡，天然土坡是指天 然形成的山坡和江河湖海的岸坡，人工土坡则则是指人工开挖基 坑、基槽、路堑堑或填筑路堤、土坝坝形成的边边坡。土
2、坡滑动动失稳稳的原因一般有以下两类类情况：（l）外界力的作用破坏了土体内原来的应应力平衡状态态。如 基坑的开挖，由于地基内自身重力发发生变变化，改变变了土体原 来的应应力平衡状态态；又如路堤的填筑、土坡顶顶面上作用外荷 载载、土体内水的渗流、地震力的作用等也都会破坏土体内原有 的应应力平衡状态态，导导致土坡坍塌。（2）土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低， 促使土坡失稳稳破坏。如外界气候等自然条件的变变化，使土时时 干时时湿、收缩缩膨胀胀、冻结冻结 、融化等，从而使土变变松，强度降 低；土坡内因雨水的浸入使土湿化，强度降低；土坡附近因打 桩桩、爆破或地震力的作用将引起土的液化或触变变，
3、使土的强度 降低。影响土坡稳定的因素影响土坡稳定有多种因素，包括土坡的边界条件、土质条件和 外界条件。具体因素分述如下： 1、土坡坡度土坡坡度有两种表示方法：一种以高度与水平尺度之比来表示 ，例如，1：2表示高度1m，水平长度为2m的缓坡；另一种以坡 角的大小，可见越小土坡越稳定，但不经济。 2、土坡高度 H 越小，土坡越稳定； 3、土的性质 其性质越好，土坡越稳定； 4、气象条件 晴朗干燥土的强度大，稳定性好； 5、地下水的渗透 土坡中存在与滑动方向渗透力，不利； 6、 强烈地震 在地震区遇强烈地震，会使土的强度降低，且 地震力或使土体产生孔隙水压力，则对土坡稳定性不利。8.2 无粘性土土坡
4、稳定性分析1基本假设设根据实际观测，由均质砂性土构成的土坡，破坏时滑动面大 多近似于平面，成层的非均质的砂类土构成的土坡，破坏时 的滑动面也往往近于一个平面，因此在分析砂性土的土坡稳 定时，一般均假定滑动面是平面，如下图所示。所谓简单土坡是指 土坡的坡度不变，顶 面和底面都是水平的 ，且土质均匀，无地 下水。如上图图所示的砂性土土坡，已知土坡高为为H，坡角为为b，土 的重度为为g，土的抗剪强度tf=stan j。若假定滑动动面是通过过 坡脚A的平面AC，AC的倾倾角为为a，则则可计计算滑动动土体ABC 沿AC面上滑动动的稳稳定安全系数K值值。 沿土坡长长度方向截取单单位长长度土坡，作为为平面应
5、变问题应变问题 分析。 已知滑动动土体ABC的重力为为： W在滑动面AC上的平均法向分力N及由此产生的抗滑力Tf为：W在滑动面AC上产生的平均下滑力T为： 土坡的滑动稳定安全系数K为：安全系数K随倾角a而变化，而与坡高H无关。当a=b 时滑动稳定安 全系数最小，工程中一般要求K1.11.5。 砂性土坡所能形成的最大坡角就是其内摩擦角，根据这一原理， 工程上可以通过堆砂锥体法确定砂土内摩擦角（自然休止角） 。8.3 粘性土土坡稳定性分析均质质粘性土土坡在失稳稳破坏时时，其滑动动面常常是一曲面，通常近似于圆圆柱面， 在横断面上则则呈现圆现圆 弧形。实际实际 土坡在滑动时动时 形成的滑动动面与坡角b
6、、地基 土强度以及土层层硬层层的位置等有关，一般可形成如下三种形式：1）圆圆弧滑动动面通过过坡脚B 点（图图 a），称为为坡脚圆圆；2）圆圆弧滑动动面通过过坡面上E 点（图图b），称为为坡面圆圆； 3）圆弧滑动面发生在坡角以外的A 点（c），圆心位于中垂线上称为中点圆。 8.3 粘性土土坡稳定性分析在分析粘性土坡稳定性时，常常假定土坡是沿着圆弧破裂面滑动，以简化 土坡稳定验算的方法。目前常用的方法有：瑞典圆弧法、条分法、毕肖 普法以及稳定数法。 一、瑞典圆弧法对对于均质简单质简单 土坡，其圆圆弧滑动动体的稳稳定分析可采用整体稳稳定分析法进进 行。所谓简单谓简单 土坡是指土坡顶顶面与底面水平，坡
7、面BC为为一平面的土坡。分析左图所示均质简单土坡，若 可能的圆弧滑动面为AD，其圆心为O ，滑动圆弧半径为R。滑动土体 ABCD的重力为W，它是促使土坡滑 动的滑动力。沿着滑动面AD上分布 土的抗剪强度f将形成抗滑力Tf。将 滑动力W及抗滑力f 分别对滑动面圆 心O取矩，得滑动力矩Ms及抗滑力矩 Mr。最危险滑动面圆心位置的确定上述稳定安全系数K是对于某一个假定滑动面求得 的，因此需要试算许多个可能的滑动面，相应于最 小安全系数的滑动面即为最危险滑动面。也可以采 用如下费伦纽 斯提出的近似方法确定最危险滑动面 圆心位置，但当坡形复杂时，一般还是采用电算搜 索的方法确定。费伦纽斯近似确定最危险滑
8、动面圆心位置的方法表1 最危险滑动面圆心位置1和2的数值实际上，用上述步骤确定的Kmin还 不一定是最小的稳定安 全系数，还须过On点作MO的垂线，在此垂线上On的两侧 再取几个点作为圆心，分别求出相应的安全系数K，用上述 方法求得最小的K值和相应的滑弧圆心。二、条分法如下图所示土坡，取单位长度土坡按平面问题计 算。设可 能的滑动面是一圆弧AD，其圆心为O，半径为R。将滑动土 体ABCDA分成许多竖向土条，土条宽度一般可取b=0.1R，假 设不考虑土条两侧的条间作用力效应，由此得出土条i上的 作用力对圆心 O 产生的滑动力矩 Ms 及抗滑力矩 Mr 分别为 ：三、毕肖普法毕肖普法提出的土坡稳定
9、系数的含义是整个滑动面上土的抗剪 强度f与实际产生剪应力T的比，即K= f/ T，并考虑了各土条 侧面间存在着作用力，其原理与方法如下：假定滑动面是以圆心为O，半径为R的圆弧，从中任取一土条i 为分离体，其周边作用力为：土条重Wi引起的切向力Ti和法向 力Ni，并分别作用于底面中心处；土条侧面作用法向力 Ei 、 Ei+1 和切向力Xi、 Xi+1。但是毕肖普忽略了条间切向力，即Xi+1 -Xi =0，这样就得出了国内外广泛使用的毕肖普简化公式：由于推导中忽略了条间切向力，它比瑞典条分法更为合理 ，与更精确的方法相比，可能低估安全系数(27) %。8.4 工程中的土坡稳定性计算1. 土的剪切强
10、度指标的选用; 2. 安全系数的选用; 3. 成层土边坡的稳定安全系数计算; 4 .坡顶开裂时的稳定性; 5. 渗流对土坡稳定的影响; 6. 按有效应力分析土坡稳定; 7. 地震对土坡稳定的影响.本章小结主要学习了土坡失稳的机理、土坡整体稳定分析方法与 工程实用分析方法条分法等内容。 在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，如道路路堤， 基坑的放坡开挖和山体边坡等。边坡由于丧失稳定性而滑动 ，称为“滑坡”。滑坡是一种常见的工程现象，发生滑坡将 会造成严重的工程事故，故应对土坡进行稳定性验算，必要 时采取适当的工程措施。土坡失稳是土体内部应力状态发生显著改变的结果。对砂 土土坡，其滑动面可假设为平面，通过滑动平面上的受力平 衡条件导出其土坡稳定安全系数的验算公式；对均质粘土土 坡可以采用圆弧滑动面假设用整体稳定分析方法进行验算； 对成层土粘土土坡，一般可采用条分法进行分析计算。土坡 稳定验算安全系数与滑动面位置有关，故需要求出最危险圆 心位置对应的最小安全系数。 巩固与提高问题： 1.土坡失稳的主要原因有哪些？ 2.土坡稳定安全系数的意义是什么？ 3.分析不同土性条件下土坡稳定与坡高的关系 ？ 4.粘性土坡稳定分析的条分法原理是什么，如 何确定最危险圆弧滑动面？作业P165 思考题：8.1 ；8. 2； 8.3。习题： 8.2。
