土力學(xué)-第十章土坡穩(wěn)定性

第10章土坡穩(wěn)定性

大連民族大學(xué)

高凌霞

教授

10土的壓力10.1

概述10.2無粘性土坡穩(wěn)定性分析10.3粘性土坡穩(wěn)定性分析天然土坡人工土坡由于地質(zhì)作用而自然形成的土坡

在天然土體中開挖或填筑而成的土坡山坡、江河岸坡路基、堤壩坡底坡腳坡角坡頂坡高土坡穩(wěn)定分析問題10.1概述一、

基本概念10.2無黏性土坡穩(wěn)定分析一、一般情況下的無黏性土土坡TT均質(zhì)的無黏性土土坡，在干燥或完全浸水條件下，土粒間無黏結(jié)力

只要位于坡面上的土單元體能夠保持穩(wěn)定，則整個坡面就是穩(wěn)定的

單元體穩(wěn)定T

>T土坡整體穩(wěn)定NWWTTN穩(wěn)定條件：T>T砂土的內(nèi)摩擦角抗滑力與滑動力的比值

安全系數(shù)10.2無黏性土坡穩(wěn)定性一、一般情況下的無黏性土土坡二、有滲流作用時的無黏性土土坡分析穩(wěn)定條件：T>T+JWTTNJ順坡出流情況:

/sat≈1/2，坡面有順坡滲流作用時，無黏性土土坡穩(wěn)定安全系數(shù)將近降低一半

10.2無黏性土坡穩(wěn)定分析三、例題分析【例】均質(zhì)無黏性土土坡，其飽和重度

sat=20.0kN/m3,內(nèi)摩擦角

=30°,若要求該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.20，在干坡情況下以及坡面有順坡滲流時其坡角應(yīng)為多少度？WTTN干坡或完全浸水情況

順坡出流情況

滲流作用的土坡穩(wěn)定比無滲流作用的土坡穩(wěn)定，坡角要小得多

WTTNJ10.2無黏性土坡穩(wěn)定分析10.3黏性土土坡穩(wěn)定分析一、瑞典圓弧滑動法NfWROBd假定滑動面為圓柱面，截面為圓弧，利用土體極限平衡條件下的受力情況：

滑動面上的最大抗滑力矩與滑動力矩之比

飽和黏土，不排水剪條件下，

u＝0，τf＝cu

CA黏性土土坡滑動前，坡頂常常出現(xiàn)豎向裂縫

CRdBAWfONA

z0深度近似采用土壓力臨界深度

裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長度由AC減小到A

C，如果裂縫中積水，還要考慮靜水壓力對土坡穩(wěn)定的不利影響

Fs是任意假定某個滑動面的抗滑安全系數(shù)，實際要求的是與最危險滑動面相對應(yīng)的最小安全系數(shù)

假定若干滑動面

最小安全系數(shù)

10.3黏性土土坡穩(wěn)定分析一、瑞典圓弧滑動法最危險滑動面圓心的確定β1β2ROβBA對于均質(zhì)粘性土土坡，其最危險滑動面通過坡腳

=0

圓心位置由β1，β2確定OBβ1β2βAHE2H4.5HFs

>0

圓心位置在EO的延長線上

一、瑞典圓弧滑動法二、條分法abcdiβiOCRABH對于外形復(fù)雜、

>0的粘性土土坡，土體分層情況時，要確定滑動土體的重量及其重心位置比較困難，而且抗剪強度的分布不同，一般采用條分法分析

各土條對滑弧圓心的抗滑力矩和滑動力矩滑動土體分為若干垂直土條土坡穩(wěn)定安全系數(shù)10.3黏性土土坡穩(wěn)定分析abcdiβiOCRABH1.按比例繪出土坡剖面

2.任選一圓心O，確定滑動面，將滑動面以上土體分成幾個等寬或不等寬土條

3.每個土條的受力分析

cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜力平衡假設(shè)兩組合力(Pi，Xi)＝(Pi＋1，Xi＋1)二、條分法10.3黏性土土坡穩(wěn)定分析4.滑動面的總滑動力矩

5.滑動面的總抗滑力矩

6.確定安全系數(shù)

abcdiβiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi條分法是一種試算法，應(yīng)選取不同圓心位置和不同半徑進(jìn)行計算，求最小的安全系數(shù)10.3黏性土土坡穩(wěn)定分析三、例題分析【例】某土坡如圖所示。已知土坡高度H=6m，坡角

=55°，土的重度

=18.6kN/m3，內(nèi)摩擦角

=12°，粘聚力c

=16.7kPa。試用條分法驗算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)

10.3黏性土土坡穩(wěn)定分析分析:①按比例繪出土坡，選擇圓心，作出相應(yīng)的滑動圓?、趯⒒瑒油馏w分成若干土條，對土條編號③量出各土條中心高度hi、寬度bi，列表計算sin

i、cos

i以及土條重Wi，計算該圓心和半徑下的安全系數(shù)④對圓心O選不同半徑，得到O對應(yīng)的最小安全系數(shù)；⑤在可能滑動范圍內(nèi)，選取其它圓心O1，O2，O3，…，重復(fù)上述計算，求出最小安全系數(shù)，即為該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)

計算①按比例繪出土坡，選擇圓心，作出相應(yīng)的滑動圓弧取圓心O

，取半徑R=8.35m

②將滑動土體分成若干土條，對土條編號③列表計算該圓心和半徑下的安全系數(shù)四、泰勒圖表法土坡的穩(wěn)定性相關(guān)因素：抗剪強度指標(biāo)c和

、重度

、土坡的尺寸坡角

和坡高H泰勒（Taylor,D.W，1937）用圖表表達(dá)影響因素的相互關(guān)系

穩(wěn)定數(shù)土坡的臨界高度或極限高度

根據(jù)不同的

繪出

與Ns的關(guān)系曲線

泰勒圖表法適宜解決簡單土坡穩(wěn)定分析的問題：①已知坡角

及土的指標(biāo)c、

、

，求穩(wěn)定的坡高H②已知坡高H及土的指標(biāo)c、

、

，求穩(wěn)定的坡角

③已知坡角

、坡高H及土的指標(biāo)c、

、

，求穩(wěn)定安全系數(shù)F

s五、例題分析【例】一簡單土坡

=15°,c=12.0kPa,

=17.8kN/m3，若坡高為5m,試確定安全系數(shù)為1.2時的穩(wěn)定坡角。若坡角為60°，試確定安全系數(shù)為1.5時的最大坡高

①在穩(wěn)定坡角時的臨界高度：Hcr=KH=1.2×5=6m【解答】穩(wěn)定數(shù)：由

=15°,Ns=8.9查圖得穩(wěn)定坡角

=57°②由

=60°，

=15°查圖得泰勒穩(wěn)定數(shù)Ns為8.6

穩(wěn)定數(shù)：求得坡高Hcr=5.80m,穩(wěn)定安全系數(shù)為1.5時的最大坡高Hmax為

10.3土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問題＊一、挖方邊坡與天然邊坡天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復(fù)雜，這些土坡與人工填筑土坡相比，性質(zhì)上所不同。對于正常固結(jié)及超固結(jié)粘土土坡，按上述的穩(wěn)定分析方法，得到安全系數(shù)，比較符合實測結(jié)果。但對于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述相同的分析方法，會得出不正確的結(jié)果二、關(guān)于圓弧滑動條分法計算中引入的計算假定：滑動面為圓弧不考慮條間力作用安全系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動力矩之比來定義三、土的抗剪強度指標(biāo)值的選用土的抗剪強度指標(biāo)值選用應(yīng)合理：

指標(biāo)值過高，有發(fā)生滑坡的可能指標(biāo)值過低，沒有充分發(fā)揮土的強度，就工程而言，不經(jīng)濟(jì)實際工程中，應(yīng)結(jié)合邊坡的實際加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強度指標(biāo)。如果能準(zhǔn)確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應(yīng)力法比較合理。重要的工程應(yīng)采用有效強度指標(biāo)進(jìn)行核算。對于控制土坡穩(wěn)定的各個時期，應(yīng)分別采用不同試驗方法的強度指標(biāo)四、安全系數(shù)的選用影響安全系數(shù)的因素很多，如抗剪強度指標(biāo)的選用，計算方法和計算條件的選擇等。工程等級愈高，所需要的安全系數(shù)愈大。目前，對于土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，各個部門有