第6章土坡稳定分析

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1、第6章土坡稳定分析内容提要：本章主耍介绍土坡稳定分析常用的儿种方法，包括土坡滑动失稳的机理，砂性土土坡及均质粘土土坡的整体稳定分析方法和土坡稳定分析的条分法，并给出了相应的算例。学习目的：能根据给定的边坡高度、土的性质等设计出合理的边坡断面；能验算拟定的边坡是否安全、合理；能对白然边坡进行稳定性分析与安全评价。第一节概述图6-1边坡各部分名称土坡可分为天然土坡和人工土坡。天然土坡是指由地质作用形成的山坡和江河湖海的岸坡，人工土坡是指因人类平整场地、开挖基坑、开挖路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡，其简单外形和各部名称如图。

2、-X土坡的滑动破坏形式根据滑动的诱因，可分为推动式滑坡和牵引式滑坡，推动式滑坡是曲于坡顶超载或地震等因素导致下滑力大于抗滑力而失稳，牵引式滑坡主要是曲于坡脚受到切割导致抗滑力减小而破坏；根据滑动面形状的不同，滑坡破坏通常有以下两种形式：⑴滑动面为平面的滑坡，常发生在匀质的和成层的非均质的无粘性土构成的土坡屮；⑵滑动面为近似圆弧面的滑坡，常发生在粘性十.坡中。二、土坡滑动失稳的机理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，乂如路堤的填

3、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。（2）土的抗剪强度由于受到外界各种因索的影响而降低,促使土坡失稳破坏。滑坡的实质是上坡内滑动面上作用的滑动力超过了土的抗剪强度。土坡的稳定程度通常用安全系数来衡量，它表示土坡在预计的最不利条件下具备的安全保障。土坡的安全系数为滑动而上的抗滑力矩•与滑动力矩MZ比值，即K=Mr/M（或是抗滑力7｝与滑动力TZ比值.即K=Tf/T）;或为土体的抗剪强度y与土坡最危险滑动面上产生的剪应力厂的比值。即：K"小,也有用内聚力、内摩擦幷、临界高度表示的。对于不同的情况，采用

4、不同的表达方式。土坡稳定分析的可靠程度在很大程度上决定于计算屮选用的土的物理力学性质指标（主要是土的抗剪强度指标“及土的重度了值），选用得当，才能获得符合实际的稳定分析。木章主要介绍土坡稳定分析常用分析方法的基木原理。第二节砂性土土坡的稳定性分析根据实际观测，由均质砂性上或成层的非均质的砂性上构成的上坡，破坏时的滑动面往往接近于一个平面，因此在分析砂性土的土坡稳定时，为计算简化，一般均假定滑动面是平面，如图6-2所示。图6-2砂土土坡稳定分析已知土坡咼为〃，坡角为0,土的重度为了，土的抗穷强度tf=

5、假定滑动面是通过坡脚力的平面SC,/C的倾角为则可计算滑动土体沿面上滑动的稳定安全系数彳值。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。已知滑动土体的重力为：W=/'S^BC"在滑动面/1Q上的平均法向分力N及由此产生的抗滑力乙为：N=WcosaTf=Nlan©=Wcosatan(pw在滑动面SC上产生的平均下滑力T为:T=IVsina土坡的滑动稳定安全系数《为：K_右_Wcosatan。_tan©(6_1)TWsinatana安全系数攵随倾角&的增大而减小，当&=0时滑动稳定安全系数最小，即土坡而上的一层土

6、是最容易滑动的。砂性土土坡的滑动稳定安全系数可取为：K-竺吆(6-2)tan0当坡幷0等于土的内摩擦角0时，即稳定安全系数K=1时，土坡处于极限平衡状态。因此，砂性土土坡的极限坡角等于土的内摩擦角卩，此坡角称为自然休止角。只要坡角/3<(p(K〉l),土坡就是稳定的。为了保证土坡具有足够的安全储备，工程中一般要求KM1.25〜1.30。砂性土上坡的稳定性与坡高无关，与坡休材料的重量无关，仅取决于0和卩。例6T—均质砂性土土坡，其饱和重度y=9.3kNZ,内摩擦角0=35。，坡高H=6m，试求当此土坡的稳定安全系数为1

7、.25时其坡角为多少？解由《=空吆，得tanp=-=tan—=0.5602解得0=29.26。tanpK1.25课堂讨论：砂性土土坡的稳定性与哪些因素有庆第三节粘性土土坡的稳定性分析粘性土坡发生滑坡时，其滑动面形状多为一曲面，在理论分析中，一般将此曲面简化为圆弧面，并按平面问题处理。圆弧滑动面的形式有以下三种：⑴圆弧滑动面通过坡脚〃点(见图6-2(a)),称为坡脚圆;⑵圆弧滑动面通过坡面上E点(见图6-2(b)),称为坡面圆；⑶圆弧滑动面发生在坡角以外的力点(见图6-2(c)),且圆心位于坡面中点的垂直线上，称为中点圆

8、。(a)坡脚圆(b)坡面圆(c)中点图6-3粘土土坡的滑动面形式土坡稳定分析时采用圆弧滑动而首先由彼徳森(K.E.Petterson,1916)提出,此后费伦纽斯(W.Fellernius,1927)和泰勒(I).W.Taylor,1948)做了研究和改进。他们提岀的分析方法可以分为两类：(1)土坡圆弧滑动按整体稳定分析法，主要适