土力学与土质学 (第8章
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,砂土士坡均值粘土土 坡的整体稳定分析方法和成层土土坡稳定分析条分法。 1.掌握无粘性土土坡的稳定性分析法 2.掌握粘性土土坡的圆弧稳定分析法,了解毕 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
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。 1．掌握无粘性土土坡的稳定性分析法 2．掌握粘性土土坡的圆弧稳定分析法，了解毕 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: (1)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
8.1 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
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
8.2无粘性土土坡稳定性分析 基本假设 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 C 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 AK 水
8.2 无粘性土土坡稳定性分析 1．基本假设 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
如上图所示的砂性土土坡,已知土坡高为H,坡角为,土 的重度为γ,土的抗剪强度τ=σtanφ。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=y×(△ABC 胚滑动面C上的平均法向分力W由此产生的抗滑力为 N=W cos B T,=Tan o=W cos B tan 胚滑动面C上产生的平均下滑力7为:T= w sin B 土坡的滑动稳定安全系数为:7 WsinB tan B w cos B tan o tan 安全系数确倾角α而变化,而与坡高H无关。当αβ时滑动稳定 安全系数最小,工程中一般要求≥1.1~1.5。 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)
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≥1.1～1.5。 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）。 W = g (ABC) j b j b tan cos tan cos T N W N W f = = = T =W sin b b j b b j tan tan sin cos tan = = = W W T T K f
8.3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、地基土 强度以及士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。 /2 硬层 硬恳 硬 (b)
8.3 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
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。 、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 R 可能的圆弧滑动面为AD,其圆心为O, C 滑动圆弧半径为R。滑动土体ABCD d 的重力为W,它是促使土坡滑动的滑 A B 动力。沿着滑动面AD上分布土的抗 剪强度τ将形成抗滑力To将滑动力 Kyma=1.1-15矩,得滑动力矩M及抗滑加多么口取 W及抗滑力x1分别对滑动面圆心 M TL R
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。 45H 费伦纽斯近似确定最危险滑动面圆心位置的方法
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动面圆心位置的方法
表1最危险滑动面圆心位置q1和a2的数值 土坡坡度 坡角 角 角 110 4 28 37 1:15 34126·35 1:20 2634233 130 18°26 25 35 140 14°03 25 实际上,用上述步骤确定的Km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
表1 最危险滑动面圆心位置α1和α2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
