文档介绍：土力学与土质学 (第8章)
第8章土坡稳定性分析
学习要求:
掌握土坡滑动失稳的机理,砂土土坡均值粘土土
坡的整体稳定分析方法和成层土土坡稳定分析条分法。
,了解毕
肖普等其它常用分析方法
基本内容:
土坡稳定性分析工程意义
无粘性土土坡稳定性分析
粘性土土坡稳定性分析
工程中的土坡稳定性计算
土坡稳定性分析工程意义
工程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,人工土坡则是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡。
土坡滑动失稳的原因一般有以下两类情况: (l)外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态。如基坑的开挖,由于地基内自身重力发生变化,改变了土体原来的应力平衡状态;又如路堤的填筑、土坡顶面上作用外荷载、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力平衡状态,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,促使土坡失稳破坏。如外界气候等自然条件的变化,使土时干时湿、收缩膨胀、冻结、融化等,从而使土变松,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、爆破或地震力的作用将引起土的液化或触变,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θ的大小,可见θ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。
无粘性土土坡稳定性分析
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。
如上图所示的砂性土土坡,已知土坡高为H,坡角为b,土
的重度为g,土的抗剪强度tf=stan j。若假定滑动面是通过
坡脚A的平面AC,AC的倾角为a,则可计算滑动土体ABC
沿AC面上滑动的稳定安全系数K值。
沿土坡长度方向截取单位长度土坡,作为平面应变问题分析。已知滑动土体ABC的重力为:
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K≥~。
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)。
粘性土土坡稳定性分析
均质粘性土土坡在失稳破坏时,其滑动面常常是一曲面,通常近似于圆柱面,在横断面上则呈现圆弧形。实际土坡在滑动时形成的滑动面与坡角b、地基土强度以及土层硬层的位置等有关,一般可形成如下三种形式:
1)圆弧滑动面通过坡脚B 点(图 a),称为坡脚圆;
2)圆弧滑动面通过坡面上E 点(图b),称为坡面圆; 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。
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
对于均质简单土坡,其圆弧滑动体的稳定分析可采用整体稳定分析法进行。所谓简单土坡是指土坡顶面与底面水平,坡面BC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τf将形成抗滑力Tf。将滑动力W及抗滑力τf 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