土坡稳定分析的几个问题讨论
土坡稳定分析
(1) 假设圆弧滑裂面
(2) 大多数情况下是精确的
A
O
R
C
i
bB 67
-2 -1 0 1 2 3 4 5
Pi+1
Pi hi
Wi
i
hi+1
Ti
Ni
几种方法总结
方法
整体圆弧法 简单条分法 毕肖普法
滑裂面形状
圆弧
圆弧
圆弧
假设
刚性滑动体 忽略全部条 忽略条间切向
滑动面上极 间力
力
限平衡
适用性
饱和软粘土， 一般均质土 一般均质土
Ti
Ni
Hi+1 Pi+1
Pi hi Hi
Wi
i
Ti
hi+1
Ni
未知数：条块简力＋作用点位置＝2(n-1)+(n-1) ＝ 3n-3
滑动面上的力＋作用点位置＝3n
安全系数 F ＝1
方程数：静力平衡＋力矩平衡＝3n
滑动面上极限平衡条件＝n
4n
6n-2
未知数－方程数＝2n-2
未知数: 6n-2 方程数: 4n
1 整体圆弧滑动法（瑞典Petterson） 2 瑞典条分法（瑞典Fellenius）圆弧滑动面 3 毕肖普法（ Bishop）圆弧滑动面 4 Janbu法 非圆弧滑动面 5 不平衡推力传递法 非圆弧滑动面
1 整体圆弧滑动法（瑞典圆弧法）
假设条件
O R
• 均质土 • 二维 • 圆弧滑动面 • 滑动土体呈刚性转动 • 在滑动面上处于极限平衡条件
• 地基的破坏形式
1.整体剪切破坏
a. p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段 b. 地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连 续的滑动面 c. 荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜， 基础两侧地面明显隆起
土坡稳定分析的几个问题
土坡稳定分析的几个问题土坡稳定分析的几个问题2010-04-17 11：208.4.1土体抗剪强度指标和安全系数的选用对任一给定的土体而言，不同试验方法测定的土体抗剪强度变化幅度远超过不同静力计算方法之间的差别，尤其是软粘土。
在进行粘性土坡的稳定性分析时，不仅要求分析的方法合理，更重要的是如何选取土的抗剪强度指标及规定恰当的安全系数，所以土体抗剪强度指标选取的正确与否是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要因素。
在测定土的抗剪强度时，原则上应使试验的模拟条件尽量符合现场土体的实际受力和排水条件，保证试验指标具有一定的代表性。
如验算土坡施工结束时的稳定情况，若土坡施工速度较快，填土的渗透性较差，则土中孔隙水压力不易消散，这时宜采用快剪或三轴不排水剪试验指标，用总应力法分析。
如验算土坡长期稳定性时，应采用排水剪试验或固结不排水剪试验强度指标，用有效应力法分析。
目前对于土坡稳定允许安全系数的取值，各部门尚无统-标准，考虑的角度也不尽相同，在工程中应根据计算方法、强度指标的测定方法综合选取，并应结合当地已有实践经验加以确定。
表8-3为我国《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-1996)中给出的抗滑稳定安全系数和稳定分析方法及土的强度指标配合应用的规定。
我国《公路路基设计规范》(JTJ013-1995)规定，土坡的稳定安全系数宜采用1.15~1.20，对高速、一级公路宜采用1.20~1.30。
《国家建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)规定三至一级边坡的稳定安全系数为1.20~1.35。
表8-3抗滑稳定安全系数容许值(JTJ017-1996)分析方法抗剪强度指标安全系数容许值备注总应力法快剪1.10应用时根据不同的分析方法采用相应的计算公式十字板剪1.20有效固结应力法快剪与固结快剪1.20十字板剪1.30毕肖普条分法有效剪1.40 8.4.2坡顶开裂时的土坡稳定性如图8-12所示，由于土的收缩及张力作用，在粘性土坡的坡顶附近可能出现裂缝，雨水或相应的地表水渗入裂缝后，将产生一静水压力为，它是促使土坡滑动的作用力，故在土坡稳定分析中应该考虑进去。
土坡稳定分析
土坡稳定分析随着工业和城市化进程的加快，土地利用的需求不断增加。
然而，在土地利用过程中，土坡的稳定性往往成为一个重要的问题。
土坡的稳定性分析是评估土坡在不同外力作用下的破坏潜势，帮助我们制定合理的土坡保护和加固措施。
本文将对土坡的稳定性分析进行讨论和探究。
一、土坡的定义和特点土坡是指土地表面自然或人为构筑的斜坡地形。
土坡的特点是地势较陡，地表由土壤、岩石等松散覆盖物构成。
土坡的稳定性可以通过分析斜坡的坡度、坡高、坡面形状、土壤类型、地下水位、降雨等因素进行评估。
二、土坡稳定性分析的基本原理土坡的稳定性分析首先需要确定土坡的受力情况，包括自重和外力的作用。
自重是指土体本身由于地心引力产生的作用力，外力包括风力、地震、降雨等因素引起的外力作用。
其次，需要考虑土坡材料的抗剪强度和抗压强度，这两个参数是判断土坡稳定性的关键。
三、土坡稳定性分析的方法根据土坡的不同特性和现场条件，可以采用不同的方法进行稳定性分析。
常用的方法包括平衡法、极限平衡法和数值模拟法。
平衡法是最简单也是最常用的土坡稳定性分析方法。
它基于土坡处于平衡状态的假设，通过坡面上各点受力平衡方程的计算，判断土坡是否存在破坏的倾向。
极限平衡法是一种较为精确的土坡稳定性分析方法。
它考虑到土坡在破坏前存在最大抗剪强度边界的概念，通过确定可能出现破坏的最不利滑动面，计算其稳定性系数，并与规定的安全系数进行比较，判断土坡的稳定性。
数值模拟法是一种基于计算机模拟的土坡稳定性分析方法。
使用数值模拟软件，建立土坡的几何模型和物理模型，模拟不同荷载条件下土坡的变形和破坏过程，得出土坡的稳定性评估结果。
四、土坡稳定性分析的影响因素土坡的稳定性受多个因素的影响，主要包括土体的物理力学性质、地下水位、降雨和外力作用等。
1. 土体的物理力学性质：土壤的密实度、粘聚力、内摩擦角等参数直接影响土坡的抗剪强度，这些参数可通过室内试验获得。
2. 地下水位：地下水的上升会增加土壤的重量和水力压力，从而对土坡稳定性产生不利影响。
第九章土坡稳定分析
9.1 概述
由于地质作用而 自然形成的土坡 在天然土体中开挖 或填筑而成的土坡
天然土坡 人工土坡 坡顶
山坡、 山坡、江河 湖海岸坡 基坑、 基坑、基槽、 路基、 路基、堤坝
坡高 坡底 坡脚 坡角
土坡稳定分析问题
• 1．天然土坡
• 江、河、湖、海岸坡
• 1．天然土坡
• 山、岭、丘、岗天然坡
9.2.2有渗流作用 9.2.2有渗流作用
γ ′ ⋅ tanϕ Ks = γ sat ⋅ tan β
公式的详细推导见298页 公式的详细推导见 页。
均质无粘性土土坡，饱和重度γ 20. [例9-1] 均质无粘性土土坡，饱和重度γsat=20.2kN/m3，内摩擦 角ϕ=30°，若要求这个土坡的稳定安全系数为1.2。 30° 若要求这个土坡的稳定安全系数为1 试问： 试问：（1）在干坡或完全浸水情况下，坡角应为多少？ 在干坡或完全浸水情况下，坡角应为多少？ （2）坡面有顺坡渗流时，坡角应为多少。 坡面有顺坡渗流时，坡角应为多少。 [解] ：（1 ）
1．滑坡的危害： 滑坡的危害：
香港1900年建市，1977年成立土力工程署 香港1900年建市，1977年成立土力工程署 1900年建市 港岛1972 港岛1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(67 死、20 伤)
2．造成滑坡的原因
1）振动：地震、爆破 振动：地震、 2）土中水位升、降 土中水位升、 3）降雨引起渗流、软化 降雨引起渗流、 4）水流冲刷：使坡脚变陡 水流冲刷： 5）冻融：冻胀力及融化含水量升高 冻融： 6）人工开挖：基坑、船闸、坝肩、隧洞出入口 人工开挖：基坑、船闸、坝肩、
也可定义为抗滑力矩与滑动力矩之比： 也可定义为抗滑力矩与滑动力矩之比：
7 土坡稳定分析
式中 a为W对O点的力臂，m； 为滑动圆弧AD的长度，m。
K为土坡滑动的稳定安全系数。 由于滑动面上的正应力s是不断变化的，上式中土 的抗剪强度tf沿滑动面AD上的分布是不均匀的，因此直
接按公式计算土坡的稳定安全系数有一定误差。 上述计算中，滑动面AD是任意假定的，需要试算 许多个可能的滑动面，找出最危险的滑动面即相应于 最小稳定安全系数Kmin的滑动面。
4.费伦纽斯确定最危险滑动面圆心的方法 (1) 土的内摩擦角 j =0 时。费伦纽斯提出当土的 内摩擦角j=0时，土坡的最危险圆弧滑动面通过坡脚 ，其圆心为D点，如下图所示。D点是由坡角B及坡顶C 分别作BD及CD线的交点，BD与CD线分别与坡面及水平 面成 b 1 及 b 2 角。 b 1 及 b 2 角是与土坡坡角 b 有关，可由 表查得。 (2) 土的内摩擦角 j 0 时。费伦纽斯提出这时最 危险滑动面也通过坡脚，其圆心在ED的延长线上，见 图。E点的位置距坡脚B点的水平距离为4.5H。j值越 大，圆心越向外移。计算时从 D点向外延伸取几个试 算圆心O1、O2、…，分别求得其相应的滑动安全系数 K1、K2…，绘K值曲线可得到最小安全系数值Kmin，其 相应的圆心Om即为最危险滑动面的圆心。
2.砂性土土坡稳定分析方法
如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=s tg 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：
3.摩擦圆法 摩擦圆法由泰勒提出。泰勒认为下图所示滑动 面AD上的抵抗力包括土的摩阻力及粘聚力两部分，它 们的合力分别为F及C。假定滑动面上的摩阻力首先得 到发挥，然后才由土的粘聚力补充。
9.土坡稳定分析
第八章土坡稳定分析由于边坡表面倾斜，在岩土体自重及其外力作用下，整个岩土体都有从高处向地处滑动的趋势，当边坡丧失其原有的稳定性，一部分岩土体相对于另一部分岩土体发生滑坡现象。
引起滑坡的根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到它的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。
剪应力达到抗剪强度的原因在于两个方面：一是由于剪应力的增加，使土体内部剪应力加大；二是由于土体本身抗剪强度的减小，导致剪应力达到其抗剪强度。
一、无粘性土坡稳定分析1、一般情况下的无粘性土土坡对于均质的无粘性土土坡，土颗粒之间无粘结力，对于土坡而言，只要位于坡面上的土颗粒能够保持稳定，那么整个土坡就是稳定的。
最大抗剪力与下滑力之比为无粘性土土坡稳定安全系数。
2、有渗流作用时的无粘性土坡当土坡中存在渗流作用时，土体内部的渗流作用会使土体受到渗流力的作用，导致土坡稳定安全系数降低。
顺坡出流时，安全系数为二、粘性土土坡稳定分析粘性土由于颗粒之间存在粘结力，发生滑坡时是整块土体向下滑动的，坡面上任一单元体的稳定条件不能用来代表整个土坡的稳定条件，因此要考虑对土坡整体进行稳定性分析。
1、瑞典圆弧法对于均质粘性土土坡，实际的滑动面与圆柱面接近，安全系数采用滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比来确定。
2、条分法对于大于零的粘性土土坡，滑动面上各点的抗剪强度与该点的法向应力有关，在假定整个滑动面各点安全系数相同的前提下，首先要求设法求出滑动面上法向应力的分布，才能求得安全系数值。
常见的方法是将滑动土体分成若干条块，分析每一条块上的作用力，然后利用每一土条上的力和力矩的静力平衡条件，求出安全系数表达式。
3、泰勒图表法泰勒通过上述土坡稳定分析，通过分析归纳出影响土坡稳定性的五个参数，分别是土的抗剪强度指标C 和，土的重度，坡角，极限坡高H cr 。
通过定义稳定数按不同的绘出与N S 的关系曲线，采用泰勒图表法可以解决简单土坡稳定分析中的问题。
三、土坡稳定分析中的一些问题1、挖方边坡与天然边坡2、土的抗剪强度指标的选取3、圆弧滑动条分法的讨论4、安全系数的采用 第一节 无粘性土坡稳定分析提示：双击自动滚屏一、一般情况下的无粘性土土坡对于均质的无粘性土土坡，土颗粒之间无粘结力，对于土坡而言，只要位于坡面上的土颗粒能够保持稳定，那么整个土坡就是稳定的。
谈土木工程土坡的稳定性分析
谈土木工程土坡的稳定性分析在土木工程建设中，会遇到一种具有倾斜坡面的土体，这就是土坡。
土坡有天然土坡，也有人工土坡。
天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、河流的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工构筑物，如基坑、渠道、土坝、路堤等。
1 土坡稳定分析的意义土坡在重力和其他荷载作用下都有向下和向外移动的趋势，即在土坡体内会出现剪应力，如果土坡内的抗剪强度能够抵抗产生的剪应力，那么这个土坡就是稳定的，否则土坡就会丧失原有的稳定性，而发生一部分土体相对另一部分土体向下滑动的现象，也就是滑坡。
滑坡将会危及滑坡体及其附近人的生命和财产安全。
此外，河岸的滑坡还会造成很大的波浪，使很长距离内产生灾难。
土坝、河堤的滑坡会引起垮坝，甚至发生大的洪水。
在土木工程建设中，也经常会遇到土坡稳定性问题，例如：1.1 经过漫长时间形成的天然土坡原本是稳定的，但是如果在土坡上建造房屋，就会增加坡面荷载，尤其在土坡边缘建造房屋，非常容易引起土坡的滑动；又如在坡脚修路，为增加路面宽度，往往将坡脚削平，这样也容易使土坡失稳而发生滑坡。
1.2 基础工程中的基坑开挖，对于土质较好的黏性土浅基础，基础埋深1〜20m，同时基坑规模不是很大时，可以竖直开挖。
但如果基础埋深大于5m，或是基坑规模很大，尤其是在密集的建筑群里，直接竖直开挖则会产生滑坡，甚至会对周边建筑物产生严重影响，此时需要做挡土墙或内支撑。
1.3 人工修筑的土堤、土坝、路基等，形成了地面以上新的土坡。
对于这些工程，如果边坡陡一点，可以节省工程量，但会增加滑坡的可能性；如果边坡缓一点，虽然偏于安全，却会增加工程量。
所以，需要合理选择既安全又经济的坡度。
由此可见，研究土坡的稳定性对土木工程的建设有着非常重要的意义。
2 土坡稳定的影晌因素影响土坡稳定的因素很多，可以分为内部因素和外部因素两大部分。
2.1 影响土坡稳定的内部因素主要有：2.1.1 土的性质：土的性质越好，土坡就越稳定。
无粘性土坡的稳定分析
无粘性土坡的稳定分析
引言：
一、无粘性土坡的稳定分析方法
1.几何形状分析
2.应力分析
3.稳定性分析
无粘性土坡的稳定性分析是通过确定土体的抗剪强度以及剪切面的剪应力来进行的。
稳定性分析中常用的方法包括极限平衡法、有限元法、等效剪切面法等。
这些方法中，极限平衡法是最为常用的方法，其基本原理是在土体达到破坏状态时，各剪切面上的剪应力达到最大。
二、影响无粘性土坡稳定性的因素
1.土体的颗粒特性
2.土坡的高度和坡度
土坡的高度和坡度是影响无粘性土坡稳定性的重要因素。
一般来说，土坡的高度越大、坡度越陡，其稳定性越差。
这是因为土坡的自重增大，土体的抗倾斜力减小。
3.水分含量
土体中水分含量的变化对无粘性土坡稳定性有显著影响。
过高或过低的水分含量都会减小土体的抗剪强度，从而降低土坡的稳定性。
因此，在进行无粘性土坡的稳定性分析时，需要考虑土体的水分含量。
4.外部荷载
无粘性土坡的稳定性还受到外部荷载的影响，包括降雨、地震等。
降雨会导致土体饱和，增大土体的重量，地震则会引起土体的震动，从而降低土体的抗剪强度。
因此，在进行无粘性土坡稳定性分析时，需要对外部荷载进行考虑。
结论：
无粘性土坡的稳定性分析是工程中的重要一环。
对于无粘性土坡的稳定性分析，需要进行几何形状分析、应力分析和稳定性分析。
影响无粘性土坡稳定性的因素包括土体颗粒特性、土坡的高度和坡度、水分含量以及外部荷载。
通过综合考虑这些因素，可以对无粘性土坡的稳定性进行准确的评估，为土坡工程提供有效的设计和施工方案。
第七章土坡稳定分析
第七章土坡稳定分析土坡的稳定性是指土坡在自身重力和外部荷载作用下，能够保持不发生倾覆、滑动或坍塌的能力。
土坡的稳定性分析是土坡工程设计的关键步骤之一，它的目的是确定土体的最大稳定角，以及土坡所能承受的最大荷载。
土坡稳定性分析主要包括以下几个方面：1.荷载计算：首先需要确定土坡所受到的各种荷载，包括自重荷载、地震荷载、水压力荷载等。
这些荷载将直接影响土坡的稳定性。
2.土体力学参数：土坡的稳定性分析需要确定土体的力学参数，包括土体的内摩擦角、剪胀角、孔隙比等。
这些参数可以通过室内试验或现场试验来确定。
3.土体抗剪强度：土坡的稳定性分析需要确定土体的抗剪强度，包括黏聚力和内摩擦角。
一般可通过室内试验或相关经验公式来确定。
4.平衡条件：土坡的稳定性分析需要确定土坡的平衡条件，即坡面上的剪切力与抗剪强度之间的平衡关系。
通过平衡条件，可以计算出土坡的最大稳定角。
5.稳定性判据：土坡的稳定性分析需要选择适当的稳定性判据，以判断土坡是否稳定。
常用的稳定性判据包括平衡法、极限平衡法、有限元法等。
在进行土坡稳定性分析时，需要注意以下几个问题：1.考虑边界条件：土坡的稳定性分析需要考虑土坡周围的边界条件，包括土坡顶部的固结载荷、土坡脚部的支撑条件等。
2.考虑不同荷载组合：土坡的稳定性分析需要考虑不同荷载组合的影响，包括常规和临界荷载组合。
常规荷载组合是指常规工况下土坡所承受的荷载组合，临界荷载组合是指在其中一特定条件下土坡的最不利工况下所承受的荷载组合。
3.安全系数：土坡的稳定性分析需要根据土坡的设计要求和实际情况，确定相应的安全系数。
安全系数是指土坡的稳定强度与设计要求强度之间的比值，一般要求安全系数大于14.考虑时间因素：土坡的稳定性分析需要考虑土体的变形和固结过程。
在长期静荷载作用下，土体可能发生蠕变和沉降等变形。
因此，在进行土坡稳定性分析时，需要考虑时间因素的影响。
综上所述，土坡的稳定性分析是土坡工程设计中一个非常重要的环节。
常用的边坡稳定性分析方法
常用的边坡稳定性分析方法第一节概述 (1)一、无粘性土坡稳定分析 (1)二、粘性土坡的稳定分析 (1)三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (1)四、土坡稳定分析讨论 (1)第二节基本概念与基本原理 (1)一、基本概念 (1)二、基本规律与基本原理 (2)（一）土坡失稳原因分析 (2)（二）无粘性土坡稳定性分析 (3)（三）粘性土坡稳定性分析 (3)（四）边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (7)（五）土坡稳定分析的几个问题讨论 (8)三、基本方法 (9)（一）确定最危险滑动面圆心的方法 (9)（二）复合滑动面土坡稳定分析方法 (9)常用的边坡稳定性分析方法土坡就是具有倾斜坡面的土体。
土坡有天然土坡，也有人工土坡。
天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。
本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法，学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。
第一节概述学习土坡的类型及常见的滑坡现象。
一、无粘性土坡稳定分析学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。
要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程，坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。
二、粘性土坡的稳定分析学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。
要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。
三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法学习稳定渗流期、施工期、地震期边坡稳定分析方法。
四、土坡稳定分析讨论学习讨论三个问题：土坡稳定分析中计算方法问题、强度指标的选用问题和容许安全系数问题。
第二节基本概念与基本原理一、基本概念1．天然土坡(naturalsoilslope)：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。
2．人工土坡(artificialsoilslope)：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土坡。
土力学第7章土坡稳定分析
土力学第7章土坡稳定分析土力学是研究土的力学性质和土体力学行为的科学，其应用范围广泛，其中土坡稳定分析是土力学的重要内容之一。
本文将介绍土力学第7章土坡稳定分析的相关知识。
一、引言土坡稳定分析是土木工程领域中常见的问题，主要涉及到土体的坡面稳定性，通过合理的土坡稳定分析，可以有效预防土体的滑坡和坍塌等不稳定现象的发生，保障工程的安全运行。
二、土坡的稳定性分析方法1. 极限平衡法极限平衡法是土坡稳定性分析中常用的一种方法，主要通过确定土体内部的抗剪强度参数和荷载作用下的地下水位来评估土坡的稳定性。
该方法的基本原理是在土体发生滑动时，抗剪强度趋向于零，并以它为基础，推导出坡面上的切线力和压住力相平衡的几何关系。
2. 推移滑坡法推移滑坡法也是一种常用的土坡稳定性分析方法，它是通过计算土体受力平衡的状态下，坡面上产生滑动的可能性来进行稳定性评估。
在该方法中，通过施加水平力和重力对土坡进行计算，计算过程中考虑土体的切线力、压实力和滑动力等因素，以确定滑动的可能性。
3. 数值模拟法数值模拟法是近年来发展起来的一种土坡稳定性分析方法，它基于计算机技术和数值计算方法，通过建立数学模型对土坡进行力学分析。
数值模拟法可以更精确地描述土体的变形、滑动过程，并且可以考虑更多的影响因素，如土体的非线性行为和边界条件等，从而提高了分析的准确性和可靠性。
三、土坡稳定分析的应用案例1. 坡度较陡的公路土方工程对于坡度较陡的公路土方工程，土坡稳定性分析显得尤为重要。
在该案例中，可以采用极限平衡法来评估土坡的稳定性，并结合现场勘察数据和实验结果对土体的参数进行调整，从而得出最终的稳定性评估结果。
2. 水土保持工程水土保持工程中的护坡设计也需要进行土坡稳定性分析。
通过采用推移滑坡法，可以对护坡结构进行设计和评估，确保其能够承受地表径流和土壤侵蚀的作用，保持坡面的稳定性。
3. 基坑开挖工程在基坑开挖工程中，经常需要进行土坡稳定性分析，以确保土坡在开挖和施工过程中的稳定性。
边坡稳定分析及其设计中的有关问题探讨_张瑞鹤
收稿日期:2005-09-29作者简介:张瑞鹤(1966-),男,甘肃兰州人,高级工程师,董事长兼总经理,从事市政工程技术管理工作。
边坡稳定分析及其设计中的有关问题探讨张瑞鹤(兰州骏达市政工程设计咨询有限公司,甘肃兰州 730030)摘 要:从工程角度出发对边坡稳定分析方法的实质及选用、强度参数的取值问题、雨水对边坡稳定的影响等进行了探讨,提出了公路边坡稳定与防护的措施。
关键词:土木工程;边坡稳定;强度参数;雨水;边坡防护中图分类号:U 416.14 文献标识码:A 文章编号:1009-7716(2006)01-0122-040 前言随着经济的发展、国家基础设施的大规模建设以及西部大开发战略的进一步深化,西部一大批公路、铁路和水利工程的重大项目相继动工兴建。
这些工程中一个普遍遇到的问题就是边坡稳定的问题,这一问题是土木工程和岩土工程中的重要研究课题,在岩土工程或土木工程领域占据相当重要的地位。
多年来,许多学者致力于这方面的研究,取得了丰富的研究成果,但是由于土质的复杂性、特殊性,边坡的稳定分析、参数选用,至今仍是一大技术难题,特别是一些特殊土质的边坡,如岩质边坡,尚没有实用的分析方法等。
本文就边坡分析方法的选用、抗剪强度的参数取值问题以及边坡防护措施方面作些探讨。
1 边坡稳定分析方法1.1 极限平衡法极限平衡法是边坡稳定分析中最常用的方法。
它是通过分析在临近破坏状况下,土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡,计算土体在自身和外荷作用下的土坡稳定性程度,通常以边坡稳定系数表示:F =s=c c =tgtg 式中:s 抗剪强度实际剪应力c 、tg 土体实际的抗剪强度参数c 、tg 土体达到极限状态时的抗剪强度参数边坡中最小的稳定系数称为边坡稳定安全系数,它表示了该边坡的稳定程度。
边坡稳定分析的极限平衡法包括解析法和条分法,其中条分法研究应用最为广泛,由于条分法力学模型简单,可以对边坡进行定量的稳定性评价,成为边坡稳定分析理论中重要的内容,已被工程人员广泛地采用。
土坡稳定性分析
坝体内浸润线太高
17
西藏易贡巨型滑坡
楔形槽
18
西藏易贡巨型滑坡
时间：2000年4月9日 规模：坡高3330 m, 堆积体2500m、宽约
2500m，总方量=280-300×106 m3 天然坝：坝高=290 m, 库容=1534 ×106 m3 地质：风化残积土。 险情：湖水以每日0.5 m速度上升。
hi+1
•作用在条间上的力及作用点： hi
Pi Hi hi 共3(n-1)个
Hi
Ti
(两端边界是已知的)
Ni
•假设总体安全系数为Fs (且每条Fs都相等) ti
Fs
共1个
•未知数合计=3n+3(n-1)+1=6n-2
43
3 粘性土坡-条分法基本原理
2. 条分法中的求解条件－平衡方程
各条： 求解条件共4n＋1 •水平向静力平衡个 条件：
E T1 N1
W2
WP1
DD
N1
AA
TR22 NN2 2
31
2 无粘性土土坡的稳定分析
三. 部分浸水无粘性土坡
分析BCDE块的平衡
BC
P1= W1sin 1—(W1cos1 tg)/Fs
代入EDA块的平衡方程,滑动 力与抗滑力
Fs =抗滑力/滑动力
W2
需要迭代
A N2
E W1 T1
N1
P1 D
1
T2
二. 滑坡 Landslides
什么是滑坡？ 为什么会滑坡？
一部分土体在外因作用下，相对于另一部分 土体滑动
8
1 概述
二. 滑坡-滑坡的形式
9
1 概述
二. 滑坡
关于土坡稳定的分析
关于土坡稳定的分析在工程建设中常常会遇到土坡稳定的问题，土坡包括天然土坡和人工土坡。
天然土坡是指自然形成的土坡和江河湖海的岸坡，人工土坡则是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路基、土坝形成的边坡。
边坡由于失去稳定性就会发生滑坡，边坡塌滑是一种常见的工程现象，通常称为“滑坡”。
土坡滑动失稳的原因主要有两种，一种是外界力的作用破坏了土体原来的应力平衡状态；一种是土体的抗剪强度由于外界各种因素的作用而降低，从而使得土体的稳定性降低，使土体发生失稳。
滑坡的实质是土体在滑动面上作用的滑动力超过了土体的抗剪强度。
土坡的稳定程度用安全系数来衡量，土坡的安全系数可表示为滑动面上的抗滑力矩和滑动力矩之比，即：或者是抗滑力与滑动力之比，即：或者是实有的抗剪强度与土坡中最危险滑动面上产生的剪应力的比值，即：，也有用粘聚力、摩擦角、临界高度表示的。
所有的表达方式只是在不同的情况下为了应用方便而提出的。
在无黏性土坡的稳定性分析中，破坏时滑动面大多近似为平面，因此在分析无黏性土坡的稳定性时，一般均假定滑动面是平面，如图1.1所示。
此时土坡滑动稳定安全形式为：。
对于黏聚力的均质无黏性土坡，当时，滑动稳定安全系数最小，也即土坡坡面的一层土是最容易滑动的。
（其中，为AC的倾角，为坡角，为内摩擦角）。
这表明对于的均质无黏性土坡稳定性与坡高无关，而仅与坡角有关，只要坡角小于土的内摩擦角（<），>1，则无论土坡多高在理论图1.1上都是稳定的。
=1表明土坡处于极限状态，即土坡坡角等于土的内摩擦角。
在黏性土坡的稳定性分析中，由于黏聚力的存在，粘性土土坡不会像无黏性图土坡那样沿坡面表面滑动，黏性土坡危险滑动面会深入土体内部。
黏性土坡的滑动和当地的工程地质条件有关，其实际滑动面位置总是发生在受力最不利或者土性最薄弱的位置。
在非均质土层中，如果土坡下面有软弱层，则滑动面很大程度上通过软弱层，形成曲折的复合滑动面。
基于极限平衡理论可以推导出，均质黏性土坡发生滑动时，滑动面形状近似于圆柱面，在断面上呈现圆弧形。
土坡稳定性分析改
Fs
T TJ
W cos tan W sin J
cos tan sin w sin
tan sat tan
第三节 粘性土土坡稳定分析
均质粘性土土坡在失稳破坏时，其滑动面经常是一曲面，一般 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
成旳滑动面与坡角、地基土强度以及土层硬层旳位置等有关，
抗滑力与滑 动力旳比值
Fs
T T
W
cos tan W sin
tan tan
安全系数
二、有渗流作用时旳无粘性土土坡分析
T
JT N
W
T
稳定条件：T>T+J Fs T J
顺坡出流情况: J w sin
/ sat≈1/2，
坡面有顺坡渗 流作用时，无 粘性土土坡稳 定安全系数将 近降低二分之
各土条对滑弧 圆心旳抗滑力 矩和滑动力矩
条分法分析环节I
βi
d c
i
A
da b
c
Pi+1Xi+1
Wi
Xi
Pi
b
aTi Ni
li
1.按百分比绘出土坡剖
2面.任选一圆心O，拟定
滑动面，将滑动面以上
B
土体提成几种等宽或不 等宽土条
3.每个土条旳受力分析 H
假设两组合力 (Pi，Xi)＝ (Pi ＋1，Xi＋1)
=00且β<530----坡脚圆\坡面圆\中点圆
稳定因数与坡角旳关系: =00
稳定因数与坡角旳关系: > 00
4、例题分析
【例】一简朴土坡=15°,c =12.0kPa,
=17.8kN/m3，若坡高为5m,试拟定安全系数为1.2时 旳稳定坡角。若坡角为60°，试拟定安全系数为1.5时 旳最大坡高
岩土工程中的边坡稳定性
岩土工程中的边坡稳定性岩土工程中的边坡稳定性是指土坡或岩坡在外力作用下保持稳定的能力。
在岩土工程实践中，边坡稳定性是一个重要的问题，需要充分考虑地质条件、工程设计和施工技术等方面因素，以确保工程的安全性和可靠性。
本文将从边坡稳定性的原因、评价方法和加固措施等方面进行探讨。
一、边坡稳定性的原因岩土工程中的边坡稳定性问题可能出现的原因有很多，下面列举几个比较常见的因素：1. 地质条件：地质条件是决定边坡稳定性的重要因素之一。
例如，土层的稠密度、干湿含水量、土壤类型等都会影响边坡的稳定性。
此外，岩石的岩性和结构面的分布情况也会对边坡稳定性产生重要影响。
2. 外力作用：外力作用是指边坡所受到的重力、水力、地震、风力等因素对边坡的影响。
这些外力作用会使边坡发生位移或破坏，从而导致边坡的不稳定。
3. 工程施工：边坡工程的施工过程也可能引起边坡的不稳定。
例如，施工挖掘过程中的地下水变化、土层破裂和填方等工作都会对边坡稳定性产生影响。
二、边坡稳定性的评价方法为了评估边坡的稳定性，工程师们需要采用一些评价方法和分析工具。
以下是几种常见的评价方法：1. 直接判断法：直接判断法是基于工程经验和地质观察的评估方法。
工程师根据对地质条件和外力作用的观察和判断，直接判断边坡的稳定性。
2. 理论计算法：理论计算法是通过对边坡的力学模型进行数学分析，计算出引起边坡破坏的力学特性和安全系数。
常用的理论计算方法有平衡法、极限平衡法和有限元法等。
3. 监测法：监测法是通过在边坡上设置的监测仪器，实时检测边坡变形和位移的方法。
通过监测数据的收集和分析，可以评估边坡的稳定性。
三、边坡稳定性的加固措施在发现边坡不稳定性问题后，需要采取适当的加固措施来确保边坡的安全。
下面列举几种常用的加固措施：1. 土工合成材料：利用土工合成材料，如土工布、土工格栅等，增加边坡的抗滑能力和承载能力。
2. 排水措施：通过合理的排水系统，排除边坡内的水分，减小水力作用对边坡的影响。
土力学电子教案之土坡稳定分析
教案表头：教学内容设计及安排第八章土坡稳定分析第一节无粘性土坡的稳定分析【基本内容】天然土坡：由于地质作用而自然形成的土坡。
人工土坡：人们在修建各种工程时，在天然土体中开挖或填筑而成的土坡。
滑坡：土坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对另一部分土体滑动的现象。
分析土坡稳定性的目的：验算土坡的断面是否稳定合理，或根据土坡预定高度、土的性 质等已知条件，设计出合理的土坡断面。
简单土坡：土坡的坡顶和底面都是水平面，并伸至无穷远，土坡由均质土组成。
一、一般情况下的无粘性土土坡条件：均质的无粘性土土坡，干燥或完全浸水，土粒间无粘结力分析方法：只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的 滑动力： T =W sin β 垂直于坡面上的分力： N = W cos β最大静摩擦力： T '= N tan ϕ = W cos βtan ϕ 抗滑力与滑动力的比值称为稳定安全系数K ，2K =βϕβϕβtan tan sin tan cos =='W W T T当β=ϕ 时，K =1，土坡处于极限平衡状态。
砂土的内摩擦角也称为自然休止角。
当β＜φ，即K ＞1，土坡就是稳定的。
可取K =1.1~1.5。
【讨论】无粘性土土坡的稳定性与坡高无关，仅取决于坡角β。
二、有渗流作用时的无粘性土土坡分析方法：若渗流为顺坡出流，则渗流方向与坡面平行，此时使土体下滑的剪切力为J W J T +=+βsin 稳定安全系数为JW W JT T F f s +=+=βϕβsin tan cos 对单位土体，土体自重W =γ '，渗透力J =γw i ，水力坡降i =sin β，于是βγϕγβγβγϕβγtan tan sin sin tan cos sat w s F '=+''==【讨论】当坡面有顺坡渗流作用时，无粘性土土坡的稳定安全系数将近乎降低一半。
【例题先自习后讲解】【例8-1】有一均质无粘性土土坡，其饱和重度 γsat =20.0kN/m 3, 内摩擦角ϕ =30°, 若要求该土坡的稳定安全系数为1.20，试问在干坡或完全浸水情况下以及坡面有顺坡渗流时其坡角应为多少度？ 【讨论】有渗流作用的土坡稳定比无渗流作用的土坡稳定，坡角要小得多。
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土坡稳定分析的几个问题讨论
土坡就是具有倾斜坡面的土体。
土坡有天然土坡，也有人工土坡。
天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道。
土坡稳定分析是土木工程领域的热门研究课题之一，在岩土工程工程中占据相当重要的地位。
土坡稳定性分析包括无粘性土坡的稳定分析、粘性土坡的稳定分析。
目前，工程中常用的方法有圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法。
随着数值分析方法在工程领域应用的成熟，人们常用有限元法进行坡体稳定分析，另外，还有些学者尝试采用其他数学方法进行坡体稳定分析。
本文仅针对常用的分析方法中几个所要注意的问题，阐明浅显的看法。
1、无粘性土坡稳定分析
无粘性土坡的稳定分析，主要考虑两种情况下即全干或全淹没情况、有渗透情况下的稳定分析方法。
这要求分析坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况土坡稳定安全系数及系数之间相互的关系。
2、粘性土坡的稳定分析
粘性土坡的稳定分析，主要采用整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法。
主要采用圆弧法进行土坡稳定分析及在几种特殊条件下土坡稳定分析。
以下仅对土坡稳定分析过程中需要比较和取值的问题做简单介绍：
1、关于挖方边坡和天然边坡
天然存在的土坡是在天然地层中形成的，与人工填筑土坡相比有独特之处。
对均质挖方土坡和天然土坡稳定性分析，与人工填筑土坡相比，求得的安全系数比较符合实测结果，但对于超固结裂隙粘土，计算的安全系数虽远大于1，表面上看来已稳定，实际上都已破坏，这是由超固结粘土的特性决定的。
随着剪切变形的增加，抗剪力增大到峰值强度，随后降至残余值，特别是粘聚力下降较大，甚至接近于零，这些特性对土坡稳定性有很大影响。
2、关于圆弧滑动法
在工程设计中常假定土坡滑动面为圆弧面，建立这一假定的稳定分析方法，称为圆弧滑动法。
圆弧法的基本假设是均质粘性土坡滑动时，其滑动面常近似为圆弧形状，假定滑动面以上的土体为刚性体，即设计中不考虑滑动土体内部的相互作用力，假定土坡稳定属于平面应变问题。
它是极限平衡法的一种常用分
析方法。
该法把滑动面简单地当做圆弧，并认为滑动土体是刚性的，没有考虑分条之间的推力，或只考虑分条间水平推力(毕肖普公式)，故计算结果不能完全符合实际，但由于计算概念明确，且能分析复杂条件下土坡稳定性，所以在各国实践中普遍使用。
由均质粘土组成的土坡，该方法可使用，但由非均质粘土组成的土坡，如坝基下存在软弱夹层或土石坝等，其滑动面形状发生很大变化，应根据具体情况，采用非圆弧法进行计算比较。
不论用哪一种方法．都必须考虑渗流的作用。
3、土的抗剪强度指标选用问题
选用的土抗剪强度指标是否合理，对土坡稳定性分析结果有密切关系，如果使用过高的指标值来设计土坝，就有发生滑坡的可能。
因此，应尽可能结合边坡实际加荷情况、填料性质和排水条件等，去合理选用土的抗剪强度指标。
4、安全系数选用问题
从理论上讲，处于极限平衡状态的土坡，其安全系数K＝1，所以：若设计土坡时的K>1，就应满足稳定要求，但实际工程中，有些土坡安全系数虽大于1，还是发生了滑动；而有些土坡安全系数小于1，却是稳定的。
这是因为影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用、计算方法的选择、计算条件的选择等。
目前对土坡稳定容许安全系数的数值，各部门尚无统一标准，选用时要注意计算方法、强度指标和容许安全系数必须相互配合，并要根据工程不同情况，结合当地已有经验加以确定。
5、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法
由于许多情况下土体内存在孔隙水压力，因此，在讨论边坡稳定计算方法中，作用在滑动土体上的力是用总应力表示还是用有效应力表示，这是一个十分重要的问题。
当土坡中因某种原因存在孔隙水压力，计算摩阻力时如果扣除孔隙水压力，完全由有效应力计算，抗剪强度指标应用有效强度指标，这样的分析方法称为有效应力法；如果不扣除孔隙水压力，摩擦阻力直接用公式了Tfi＝Nitgφ计算，这就是总应力法。
各个控制时期如何应用总应力法和有效应力法，其基本规律如下：
(1)稳定渗流期土坡稳定分析，由于坝体内各点的孔隙水压力均能由流网确定，因此原则上用有效应力法分析，而不用总应力法。
(2)施工期的边坡稳定分析，可以分别用总应力法和有效应力法，前者不直接考虑孔隙水压力的影响，后者必须先计算施工期填土内孔隙水压力的发生和发展情况，然后才能进行稳定计算。
(3)地震对边坡稳定的影响有两种作用：一是在边坡土体上附加作用一个随时间变化的加速度，因而产生随时间变化的惯性力，促使边坡滑动；另一种作用是振动使土体趋于变密，引起孔隙水压力上升，即产生振动孔隙水压力，从而减小土的抗剪强度。
对于密实的粘性土，惯性力是主要作用，对于饱和、松散的无粘性土和低塑性粘性土，则第二种的作用影响更大。
目前，有效应力法进行地震边坡稳定分析尚有一定的难度，一般情况下均采用总应力法。
计算时将随时间变化的惯性力等价成一个静的地震惯性力，作用在滑动土体上，故称拟静力法。
土坡稳定的问题从可靠度方面来研究还没有达到实用化的程度，还不够成熟．考虑复杂因素的计算也有待改进。
譬如，膨胀土边坡和地基的稳定性、有加强体（如土工织物）存在时的稳定性、滑动面为空间曲面的情况、有动力荷载下的情况、滑动从软弱区开始逐步扩展的情况以及考虑蠕变的稳定性等等。
在稳定分析中一个极其普遍而实际的问题是强度指标的选用，不管快剪还是固结快剪指标，拿到什么用什么显然是不合适的。
强度指标对安全系数的影响实际上比计算方法的影响更大，是值得重视的。
土力学作为独立的学科，已有70年的历史。
70年对一门学科的发展来说，犹如早晨八九点钟的太阳，正处在蓬勃发展的阶段。
土体十分复杂，这给土力学学科的发展增加了难度，也提供了宽阔的余地，土力学学科中已有些成熟的理论，但更多的是不完善、不成熟，大部分领域都有值得深入研究的课题。
随着科学技术的飞速发展，预期在不久的将来土力学学科也必将出现多方面的重大突破。