1、土質學與土力學 安徽理工大學資源與環(huán)境工程系,第九章 土坡穩(wěn)定分析,概述 基本概念與基本原理,概述,由于地質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,概述,1天然土坡,江、河、湖、海岸坡,概述,2人工土坡, 挖方：溝、渠、坑、池,露天礦,概述,2人工土坡, 填方：堤、壩、路基、堆料,小浪底土石壩,基本概念與基本原理,一、基本概念,1天然土坡：由長期自然地質營力作用形成的土坡，稱 為天然土坡。 2人工土坡：人工挖方或填方形成的土坡，稱為人工土坡。 3滑坡：土坡中一部分土體對另一部分土體產生相對位移， 以至喪失原有穩(wěn)定性的現(xiàn)象。 4圓弧滑動法：在工程設計中

2、常假定土坡滑動面為圓弧面， 建立這一假定的穩(wěn)定分析方法，稱為圓弧滑動法。它是極 限平衡法的一種常用分析方法。,基本概念與基本原理,一、基本概念,滑坡,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港島1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,基本概念與基本原理,一、基本概念,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,1.土坡失穩(wěn)原因分析,（1）斜坡的土質：各種土質的抗剪強度、抗水能力是不一 樣的，如鈣質或石膏質膠結的土、濕陷性黃土等，遇水后 軟化，使原來的強度降低很多。 （2

3、）斜坡的土層結構：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別 是當下伏土層(或巖層)不透水時，容易在交界上發(fā)生滑動。 （3）斜坡的外形：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下 緩的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，當土坡不高時 尚可直立，但隨時間和氣候的變化，也會逐漸塌落。,內 部 因 素,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,1.土坡失穩(wěn)原因分析,（1）降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中， 使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，土質變軟，強度降低； 還可使土的重度增加，以及孔隙水壓力的產生，使土體作用有 動、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設計斜坡應針對這些原因， 采用相應的排水措施。 （2）振

4、動的作用：如地震的反復作用下，砂土極易發(fā)生液化； 粘性土，振動時易使土的結構破壞，從而降低土的抗剪強度； 施工打樁或爆破，由于振動也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。 （3）人為影響：由于人類不合理地開挖，特別是開挖坡腳； 或開挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土堆在坡頂附近；在斜坡 上建房或堆放重物時，都可引起斜坡變形破壞。,外 部 因 素,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,2.無粘性土坡穩(wěn)定性分析,(1)一般情況下的無粘性土土坡,均質的無粘性土土坡，在干燥或完全浸水條件下，土粒間無粘結力,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,TT,土坡整體穩(wěn)定,基本概念與基本

5、原理,二、基本規(guī)律與基本原理,2.無粘性土坡穩(wěn)定性分析,(1)一般情況下的無粘性土土坡,穩(wěn)定條件：TT,砂土的內摩擦角,抗滑力與滑動力的比值,安全系數(shù),基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,2.無粘性土坡穩(wěn)定性分析,(2)有滲流作用時的無粘性土土坡分析,穩(wěn)定條件：TT+J,順坡出流情況:, / sat1/2，坡面有順坡滲流作用時，無粘性土土坡穩(wěn)定安全系數(shù)將近降低一半,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(1)瑞典圓弧滑動法,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,飽和粘土，不排水剪條件下，u

6、0，fcu,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,粘性土土坡滑動前，坡頂常常出現(xiàn)豎向裂縫,裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長度由AC減小到AC，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的最小安全系數(shù),(1)瑞典圓弧滑動法,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,最危險滑動面圓心的確定,R,O,對于均質粘性土土坡，其最危險滑動面通過坡腳, =0,O,E, 0,(1)瑞典圓弧滑動法,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(2)條分法,對于外

7、形復雜、 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,滑動土體分為若干垂直土條,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(2)條分法,條分法分析步驟I,1.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,靜力平衡,假設兩組合力(Pi，Xi) (Pi1，Xi1),基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(2)條分法,條分法分析步驟,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),基本

8、概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(3)畢肖普法,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(3)畢肖普法,a. 原理與特點,假設滑裂面為圓弧 不忽略條間作用力 在每條的滑裂面上滿足極限平衡條件 每條上作用力在y方向（豎直）上靜力平衡 總體對圓心O力矩平衡,DPi 不出現(xiàn),注： （未考慮各條水平向作用力及各條力矩平衡條件，實際上條件不夠：缺 Hi，共(n-1)個條件 設Hi=0則條件夠了簡化Bishop法，忽略條間切向力）,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(3)畢肖普法,求解條件,平衡條件：2n+1 未

9、知數(shù)：6n-2,1）由于豎向力平衡 Pi(Pi) 不出現(xiàn) （n-1）,2）不計各條力矩平衡 ti 及 hi （2n-1）,3) 假設 Hi=0（不計條間切向力） (n-1),基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(3)畢肖普法,b.安全系數(shù)公式,其中,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(3)畢肖普法,c.畢肖甫法計算步驟,圓心O，半徑R,設 Fs=1.0,計算 mqi,YES,Fs最小,END,計算,No,YES,No,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,3.粘性土坡穩(wěn)定性分析,(4)泰勒圖表法,土坡的穩(wěn)定性相關因素：,泰

10、勒（Taylor,D.W，1937）用圖表表達影響因素的相互關系,穩(wěn)定數(shù),土坡的臨界高度或極限高度,泰勒圖表法適宜解決簡單土坡穩(wěn)定分析的問題： 已知坡角及土的指標c、，求穩(wěn)定的坡高H 已知坡高H及土的指標c、，求穩(wěn)定的坡角 已知坡角、坡高H及土的指標c、，求穩(wěn)定安全系數(shù)F s,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,4.邊坡穩(wěn)定分析的總應力法和有效應力法,有效應力法：使用有效應力強度指標 c、 總應力法：使用總應力強度指標 cu 或 ccu、cu,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,5.土坡穩(wěn)定分析的幾個問題討論,(1)挖方邊坡與天然邊坡,天然地層的土質與構造比較復雜，這些土坡與人

11、工填筑土坡相比，性質上所不同。對于正常固結及超固結粘土土坡，按上述的穩(wěn)定分析方法，得到安全系數(shù)，比較符合實測結果。但對于超固結裂隙粘土土坡，采用與上述相同的分析方法，會得出不正確的結果,(2)關于圓弧滑動條分法,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,基本概念與基本原理,二、基本規(guī)律與基本原理,5.土坡穩(wěn)定分析的幾個問題討論,(3)土的抗剪強度指標值的選用,土的抗剪強度指標值選用應合理： 指標值過高，有發(fā)生滑坡的可能 指標值過低，沒有充分發(fā)揮土的強度，就工程而言，不經(jīng)濟 實際工程中，應結合邊坡的實際加荷情況，填料的性質和排水條件等，合理的選用土的抗剪強度指標。 如果能準確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應力法比較合理。重要的工程應采用有效強度指標進行核算。對于控制土坡穩(wěn)定的各個時期，應分別采用不同試驗方法的強度指標,(4)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)，各個部門有不同的規(guī)定。 同一邊坡穩(wěn)定分析，選用不同