深基坑与边坡工程th分析报告.ppt

4 土坡稳定性 一、概述 1. 土坡 具有倾斜坡面的土体。 2. 滑坡 靠近土坡坡面的一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象。 3. 滑坡的特点 粗粒土中的滑坡，深度浅而形状接近于平面，或者是由两个以上的平面所组成的折线形滑动面；粘性土中的滑坡则深入坡体内，均质粘性土坡滑动面的形状接近于圆弧面。 二、无粘性土坡的稳定分析 由粗粒土所堆筑的土坡称为无粘性土坡。 1. 均质干坡和水下坡 均质干坡和水下坡指由一种土组成，完全在水位以上或完全在水位以下，没有渗透水流作用的无粘性土坡。这两种情况只要坡面保持稳定，整个土坡就会处于稳定状态。 现从坡面上取一小块土体来分析它的稳定条件。设小土体的重量为W，W 可以产生沿坡面的下滑力T = W·sin?和垂直于坡面的正压力N = W·cos?。正压力又会产生摩擦阻力，阻止土体下滑，称抗滑力R，其值为R = N·tg? = W·cos?·tg? 。抗滑力与滑动力之比称为土坡的稳定安全系数为： K = R / T = (W·cos?·tg?) /(W·sin?) = tg? / tg? (4-1) 显然，当? = ? ，K = 1，相应的?称为天然休止角，它是土坡稳定的极限坡角。如果是经过压密后的无粘性土，内摩擦角增大，稳定坡角也随之增大。 2. 有渗透水流的均质土坡 挡水土坝内形成渗流场，如果浸润线在下游坡面逸出，这时在浸润线以下的下游土坡内，土体不仅受重力的作用，还受渗透力的作用，因而会降低下游边坡的稳定性。 T = ? ?Vsin? + ?wiVcos(? - ?) N = ? ?Vcos? - ?w iVsin(? - ?) K = N·tan? /T = [? ?cos? - ?w i sin(? - ?)]tan? /[? ?sin? + ?wi cos(? - ?)] (4-2) 若水流在逸出段顺坡面流动，即? = ? 。这时，流经途径ds的水头损失为dh，故有：i = sin? 。 K = (? ?cos? tan?) / (? ?sin? + ?wsin?)，即： K = K 1 = (? ?/ ? sat)(tan? / tan?) = (? ?/ ? sat)K (4-3) 当渗透水流沿水平方向逸出坡面时，? = 0，i = tan ? 。 K 2 = [(? ? - ?wtan2?)/(? ? + ?w)](tan?/tan?) = [(? ?- ?wtan2?) / ?sat ] (tan?/tan?) K 1 可见，当无粘性土坡的逸出处出现顺坡渗流时，安全系数降低到? ? / ?sat ，通常? ? / ? sat约为0.5，即安全系数降低一半。当渗透水流沿水平方向逸出坡面时，安全系数降低更多。因此，有渗流逸出时的土坡要有与均质干坡或均质水下坡同样的安全度，坡角必须平缓得多。为了经济合理，工程上一般要在下游坝址处设置排水棱体，使渗透水流不直接从下游坡面逸出，如下图4-4所示。 设置排水棱体后，下游坡面上虽然没有浸润线逸出，但下游坡内，浸润线以下的土体仍然受渗透力的作用，它将降低从浸润线以下通过的滑动面的稳定性。这时深层滑动面的稳定性可能比下游坡面的稳定性差，因此，不但要验算坡面的稳定性，还用圆弧滑动法验算深层滑动面的稳定性。有关圆弧滑动法的计算原理，我们马上在“粘性土坡的稳定分析”中讲解。 3. 部分浸水土坡 由于浸水面上下? 相等，整个坡面土体的稳定性相同。 对于深入坡内的滑动面，由于滑动土体上部的容重大，滑动力大，下部的容重小，抗滑力小，显然稳定性比干坡或完全水下坡差，也就是说，危险滑动面可能向坡内发展。这种情况必需同时验算表面滑动和深层滑动。 三、粘性土坡的稳定分析 粘性土的抗剪强度包括摩擦强度和粘聚强度两个组成部分。由于粘聚力的存在，粘性土坡不会像无粘性土坡一样沿坡面滑动。危险的滑动面必定深入土体内部，并且一般呈圆弧形。因此，在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。相应的稳定分析方法称为圆弧滑动法。 1915年瑞典彼得森（K.E.Petterson）首先提出并运用圆弧滑动法分析了边坡的稳定性，故称为瑞典圆弧法。 瑞典圆弧法假设均质粘性土坡滑动时的滑动面是圆弧形状，滑动土体为刚体，只适用于? = 0的情况，后来就诞生了多种条分法。 1. 条分法的基本概念 为了将圆弧滑动法应用于? ? 0的粘性土，通常采用条分法。条分法就是将滑动土体分成若干土条，把每个土条都当成刚体，先分别求解作用于各土条上的力对圆心的滑动矩和抗滑力矩，然后求解整个土坡的稳定安全系数。 条分法是一种试算法，先将土坡剖面按比例画出，如下页的图7-6(a)所示。 然后任