第10章土坡稳定分析2

33—1土质学与土力学吉林大学建设工程学院土坡是具有倾斜表面的土体，由自然地质作用所形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等，称为天然土坡。由人工开挖或回填而形成的土坡，如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡，则称为人工土坡。土体自重以及渗透力等在坡体内引起剪应力，如果剪应力大于土的抗剪强度，就要产生剪切破坏，一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象，称为滑坡或塌方。第1节概述土坡各部位的名称33—2土质学与土力学吉林大学建设工程学院影响土坡稳定性的因素边坡坡角，越小越安全，但不经济坡高，坡高越大越不安全土的性质，如重度，凝聚力，内摩擦角地下水的渗透力，渗透力作用方向与滑动方向相反则安全，否则则危险震动作用的影响人类活动和生态环境的影响33—3土质学与土力学吉林大学建设工程学院土坡滑动面形状（a）圆弧形；（b）直线形；（c）复合形通常不考虑滑动土体两端阻力的影响，将土坡稳定分析简化为平面应变问题。而起滑动面可简化为三种，即直线形，圆弧形和复合形。33—4土质学与土力学吉林大学建设工程学院由砂、卵石、风化砾石等堆筑的土坡称无粘性土坡稳定条件：只要坡面上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定，整个土坡就处于稳定状态。稳定性分析从坡面上取一土体单元。土体重量为W。滑动力T＝Wsin正压力N＝Wcos抗滑力Tf＝Ntan＝Wcostan—土的内摩擦角；—土坡的坡角当Fs＝1时，＝，称为天然休止角。土体的稳定安全系数Fs为：tantansintancosWWTTFfs第2节无粘性土土坡的稳定分析33—5土质学与土力学吉林大学建设工程学院粘性土由于粘聚力的存在，粘性土坡不像无粘性土坡一样仅沿坡面表面滑动。均质粘性土坡的滑动面近似于圆柱面，在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定基础上的土坡稳定分析方法称为瑞典圆弧滑动法。原理：均质的粘性土坡失去稳定是由于滑动土体绕圆心发生转动。把滑动土体当成一个刚体，滑动土体的重量W，将使土体绕圆心O旋转，滑动力矩为Ms＝Wx。对于饱和粘土，在不排水条件下，u＝0，滑动面AC上粘聚力产生抗滑力矩RLcu第3节粘性土土坡的稳定分析瑞典圆弧滑动法33—6土质学与土力学吉林大学建设工程学院WxRLcMMFusrs滑动力矩抗滑力矩1915年瑞典彼得森(K．E．Petterson)用圆弧滑动法分析边坡的稳定性。均质的粘性土坡失去稳定是由于滑动土体绕圆心发生转动。把滑动土体当成一个刚体，滑动土体的重量W，将使土体绕圆心O旋转，滑动力矩为Ms＝Wx。33—7土质学与土力学吉林大学建设工程学院简便，概化，适合于10m以下土坡；采用极限平衡理论，摩擦圆法，利用总应力理论；确立土坡稳定的临界高度。scrNcH粘性土简单土坡计算图其中Ns为稳定数泰勒稳定图解法内摩擦角、坡角与系数N＝c/H之间的关系HcNs33—8土质学与土力学吉林大学建设工程学院33—9土质学与土力学吉林大学建设工程学院产生抗滑力矩另一方面因素来自于土的内摩擦角，因此对于0的土，必须采用条分法分析，才能求得摩擦力所产生的抗滑力矩。原理：将滑动土体分为若干个条块，利用每一块上力和力矩的平衡条件，求安全系数表达式。该方法适用于圆弧法，也可用于非圆弧滑动面分析。瑞典圆弧条分法瑞典条分法计算图示对n个土条的力矩平衡方程求和iiiSRWRTFsin33—10土质学与土力学吉林大学建设工程学院iiiWNcos条底法向力平衡iiiiiiisWWlcFsin)tancos(其中RxiisiniiiiiiiiisWluWlcFsin)tan)cos((''总应力法求得的土坡稳定安全系数有效应力法求得的土坡稳定安全系数33—11土质学与土力学吉林大学建设工程学院确定最危险滑动面圆心的位置和半径大小是稳定分析中十分繁琐的工作。需要通过多次的计算才能完成。费尔纽斯(w．Fellenius)提出了最危险滑动面确定的经验方法。费尔纽斯认为，对于均匀粘性土坡，最危险滑动面一般通过坡脚。对于＝0的土，最危险滑动面的圆心位置可以由AO与BO的交点确定。对于0的土,最危险滑动面的圆心位置，可能在DE延长线上。最危险滑动面圆心的确定最危险滑动面的确定边坡稳定分析中，因为滑动面是任意取的。假设一个滑动面，就可计算其相应的安全系数。真正代表边坡稳定程度的安全系数是安全系数中的最小值。相应于最小的安全系数的滑动面称为最危险滑动面，它才是真正的滑动面。33—12土质学与土力学吉林大学建设工程学院两层土时危险滑面和最小安全系数对于外形复杂土坡,最危险滑弧圆心与多因素有关,若有多土层就更复杂，整个土坡的稳定安全系数应针对多个滑点比较,求出其中最小的Fmax作为土坡的稳定安全系数。33—13土质学与土力学吉林大学建设工程学院33—14土质学与土力学吉林大学建设工程学院33—15土质学与土力学吉林大学建设工程学院33—16土质学与土力学吉林大学建设工程学院基本假定：毕肖普法是条分法的一种，假定滑动面是一个圆弧面，考虑土条侧面的作用力，并假定各土条底部滑动面上的抗滑安全系数均相同，即等于整个沿动面的平均安全系数。第i条土上竖向受力平衡分析：iiiiiiTNVWsincos若假定各土条底部滑动面的稳定安全系数相等则应有下关系式siisiiiFNFlcTtan毕肖普条分法33—17土质学与土力学吉林大学建设工程学院上面两式联合起来，得到其中考虑整个滑体的力矩平衡33—18土质学与土力学吉林大学建设工程学院采用有效应力计算时,可表达如下：iiiiiiiiisWbuWbcmKsin)tan)((1'''综合以上,并简化后得到毕肖普法的土坡稳定一般计算公式：iiiiiiisWWbcmFsin)tan(1式中33—19土质学与土力学吉林大学建设工程学院设FS=1.42，可以得到33—20土质学与土力学吉林大学建设工程学院通用条分法非简单土坡或外形复杂的土坡，其滑动面有时不是圆弧形，因此瑞典圆弧条分法和简化毕肖普法不适用。解决办法是将滑坡体分成一系列竖直薄土条，各条底滑动面上土的抗剪强度可视为常数，而各种力均可视为作用在条的中心线上。取第i条土条作为脱离体进行受力平衡条件分析。33—21土质学与土力学吉林大学建设工程学院该问题中共有4n-2个未知量，平衡方程只有3n个，属于n-2次超静定问题。解决方法：（1）假设条间相互作用力的大小（2）假定条间力的作用方向（3）假定条间力的作用点的位置。补充n-2个方程。33—22土质学与土力学吉林大学建设工程学院类似的方法：简布（Janbu）的普遍条分法：取土条侧面作用力位置在土条高度的1/3处；斯宾塞（Spencer）法：假定土条侧面作用力的倾角为常数。摩根斯坦和普赖斯提出的：)()()(tanxfxHxV陈祖煜和摩根斯坦改进法：)()()()(tan0xfxfxHxV33—23土质学与土力学吉林大学建设工程学院第4节土坡稳定分析的若干问题坡顶开裂时的土坡稳定计算考虑裂缝中的静水压力作用，拉力区高度可按下式计算)245tan(20cz33—24土质学与土力学吉林大学建设工程学院成层土和坡顶超载时土坡稳定计算安全系数由下式计算33—25土质学与土力学吉林大学建设工程学院稳定流对土坡稳定性的影响表现在渗透力的作用；考虑渗流时的土坡稳定计算—无粘性土坡tantantantansin)(tancos''''satsatsF计算时对浸润线以下土取有效重度。33—26土质学与土力学吉林大学建设工程学院考虑渗流时的土坡稳定计算—粘性土坡1.流网法33—27土质学与土力学吉林大学建设工程学院2.替代法取土坡中一独立块体中的孔隙水进行分析渗透力的作用，按有效应力分析法，利用瑞典条分法来计算土坡稳定安全系数。iiiiiiiiisWluWlcFsintan)cos(''33—28土质学与土力学吉林大学建设工程学院考虑地震影响时的土坡稳定分析采用拟静力法，即每一条土条的重心施加一个水平向地震惯性力。对于1，2级土石坝推荐采用毕肖普简化法siiiiiiiviiihiivisFbuFWbcMFWFtansincostan)(sin)(133—29土质学与土力学吉林大学建设工程学院复合滑动面的土坡稳定分析坡体中若存在软弱夹层时，滑动面可又多个曲线组成，稳定分析时不能采用圆弧代替，而应去脱离体分析土坡稳定性。如图，作用在竖直面BC和AD上的主动土压力和被动土压力的合力具有如下关系sin)cos()cos(WPPSApBa33—30土质学与土力学吉林大学建设工程学院tan)]sin()sin(cos[aPaPWcLTApBa沿CD面的抗滑力又软弱夹层的抗剪强度提供，大小为因此土坡的稳定安全系数为STFs滑动力抗滑力33—31土质学与土力学吉林大学建设工程学院抗剪强度指标的选用33—32土质学与土力学吉林大学建设工程学院土破稳定的允许坡度33—33土质学与土力学吉林大学建设工程学院