关于土坡稳定的分析

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1、关于土坡稳定的分析在工程建设中常常会遇到土坡稳定的问题，土坡包括天然土坡和人工土坡。天然土坡是指自然形成的土坡和江河湖海的岸坡，人工土坡则是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路基、土坝形成的边坡。边坡由于失去稳定性就会发生滑坡，边坡塌滑是一种常见的工程现象，通常称为“滑坡”。土坡滑动失稳的原因主要有两种，一种是外界力的作用破坏了土体原来的应力平衡状态；一种是土体的抗剪强度由于外界各种因素的作用而降低，从而使得土体的稳定性降低，使土体发生失稳。滑坡的实质是土体在滑动面上作用的滑动力超过了土体的抗剪强度。土坡的稳定程度用安全系数来衡量，土坡的安全系数可表示为滑动面上

2、的抗滑力矩和滑动力矩之比，即：或者是抗滑力与滑动力之比，即：或者是实有的抗剪强度与土坡中最危险滑动面上产生的剪应力的比值，即：，也有用粘聚力、摩擦角、临界高度表示的。所有的表达方式只是在不同的情况下为了应用方便而提出的。在无黏性土坡的稳定性分析中，破坏时滑动面大多近似为平面，因此在分析无黏性土坡的稳定性时，一般均假定滑动面是平面，如图1.1所示。此时土坡滑动稳定安全形式为：。对于黏聚力的均质无黏性土坡，当时，滑动稳定安全系数最小，也即土坡坡面的一层土是最容易滑动的。（其中，为AC的倾角，为坡角，为内摩擦角）。这表明对于的均质无黏性土坡稳定性与坡高无关，而仅与坡

3、角有关，只要坡角小于土的内摩擦角（<），>1，则无论土坡多高在理论图1.14上都是稳定的。=1表明土坡处于极限状态，即土坡坡角等于土的内摩擦角。在黏性土坡的稳定性分析中，由于黏聚力的存在，粘性土土坡不会像无黏性图土坡那样沿坡面表面滑动，黏性土坡危险滑动面会深入土体内部。黏性土坡的滑动和当地的工程地质条件有关，其实际滑动面位置总是发生在受力最不利或者土性最薄弱的位置。在非均质土层中，如果土坡下面有软弱层，则滑动面很大程度上通过软弱层，形成曲折的复合滑动面。基于极限平衡理论可以推导出，均质黏性土坡发生滑动时，滑动面形状近似于圆柱面，在断面上呈现圆弧形。因此，在工程

4、设计中常把滑动面假定为圆弧面来进行稳定分析。如整体圆弧滑动法、条分法、瑞典条分法等均基于滑动面是圆弧这一假定。一、整体圆弧滑动法土坡稳定性分析整体圆弧滑动法是最常用的方法之一，又称为瑞典圆弧法。整体圆弧滑动法将滑动面以上的土体视作刚体，并分析在极限平衡条件下它的整体受力情况。其安全系数可以用滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比来定义，即：其中：d为滑动土体重心到滑弧圆心O的水平距离，m；W为滑动土体自重力，kN。根据摩尔-库仑强度理论，黏性土的抗剪强度，因此，对于均质黏性土土坡，虽然是常数，但是滑动面上法向应力却是沿着滑动面不断改变的，并非是常数，因此，我们不

5、能确定K值的大小。由于圆弧滑动面上各点的法向应力不同，因此土的抗剪强度各点也不相同这样不能直接用前面所述的公式直接计算土坡的稳定安全系数。整体分析法对非均质的土坡或者比较复杂的土坡均不试用。在这里我们就应该用到条分法。条分法具体又可以分为瑞典条分法、简化毕肖普条分法、普遍条分法等多种，分别适用于不同的工程问题。二、瑞典条分法瑞典条分法由费兰纽斯提出，是条分法中最简单的方法。使用瑞典条分法要假设很多滑动面通过试算分析找到最危险的滑动面，从而找到相应最小的K值，由此判断土坡的稳定性。三、毕肖普条分法4为了改进条分法的精确度，费伦纽斯的简单条分法假定不考虑土条间的作

6、用力，一般说这样得到的稳定安全系数是偏小的。在工程实践中，许多学者都认为应该考虑土条间的作用力，以求得比较合理的结果，毕肖普条分法就是其中一种，一直得到广泛的应用。毕肖普条分法仍然假定滑动面为圆弧面，并假定各土条底部滑动面上的抗滑安全系数相同且等于整个滑动面上的平均安全系数。与瑞典条分法相比，毕肖普简化条分法具有以下特点：（1）假设滑动面为圆弧；（2）满足整体力矩平衡条件；（3）假设土体之间只有法向力而无切向力；（4）在（2）和（3）两个条件下，满足各个土条的力多边形闭合条件，而不满足各个土条的力矩平衡条件；（5）从计算结果上分析，由于考虑了土体间的水平作用力

7、，安全系数比瑞典条分法略高；（6）简化条分法虽然不是严格的（即满足全部静力平衡条件）的极限平衡分析法，但计算结果与严格方法很接近（误差约为2%~7%），且计算结果不是很复杂。简化毕肖普法土坡稳定安全系数的公式为：其中四、杨布条分法在实际工程中常常会遇到土坡下面有软弱夹层，或土坡位于倾斜岩层面上的情况，此时圆弧滑动面法就不再适用，杨布提出了非圆弧滑动普遍条分法。则杨布安全系数计算公式为：杨布利用了条块间的力矩平衡条件，因而可以满足所有静力平衡条件，这是与毕肖普普遍公式的不同之处。4基于极限平衡理论基础上的条分法计算黏性土坡的安全系数的方法，从建立简单的计算公式到

8、普遍的条分法公式，经历了80年的历史，