土坡穩定分析的幾個問題
土坡穩定分析的幾個問題2010-04-17 11：208.4.1土體抗剪強度指標和安全系數的選用
對任一給定的土體而言，不同試驗方法測定的土體抗剪強度變化幅度遠超
過不同靜力計算方法之間的差別，尤其是軟粘土。在進行粘性土坡的穩定性分
析時，不僅要求分析的方法合理，更重要的是如何選取土的抗剪強度指標及規
定恰當的安全系數，所以土體抗剪強度指標選取的正確與否是影響土坡穩定分
析成果可靠性的主要因素。在測定土的抗剪強度時，原則上應使試驗的模擬條
件盡量符合現場土體的實際受力和排水條件，保證試驗指標具有一定的代表性。如驗算土坡施工結束時的穩定情況，若土坡施工速度較快，填土的滲透性較差，則土中孔隙水壓力不易消散，這時宜采用快剪或三軸不排水剪試驗指標，用總
應力法分析。如驗算土坡長期穩定性時，應采用排水剪試驗或固結不排水剪試
驗強度指標，用有效應力法分析。
目前對于土坡穩定允許安全系數的取值，各部門尚無統-標準，考慮的角度也不盡相同，在工程中應根據計算方法、強度指標的測定方法綜合選取，并應
結合當地已有實踐經驗加以確定。
表8-3為我國《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》(JTJ017-1996)中給出的抗滑穩定安全系數和穩定分析方法及土的強度指標配合應用的規定。我
國《公路路基設計規范》(JTJ013-1995)規定，土坡的穩定安全系數宜采用
1.15~1.20，對高速、一級公路宜采用1.20~1.30。《國家建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2002)規定三至一級邊坡的穩定安全系數為1.20~1.35。
表8-3抗滑穩定安全系數容許值(JTJ017-1996)
分析方法抗剪強度指標安全系數容許值備注總應力法快剪1.10應用時根據不同的分析方法采用相應的計算公式十字板剪1.20有效固結應力法快剪與固結快剪1.20十字板剪1.30畢肖普條分法有效剪1.40 8.4.2坡頂開裂時的土坡穩定性
如圖8-12所示，由于土的收縮及張力作用，在粘性土坡的坡頂附近可能出現裂縫，雨水或相應的地表
水滲入裂縫后，將產生一靜水壓力為，它是促使土坡滑動的作用力，故在土坡穩定分析中應該考慮進去。
坡頂裂縫的開展深度h0可近似按檔土墻后為粘性填土時，在墻頂產生的拉力區高度公式計算
圖8-12坡頂開裂時的土坡穩定計算
式中--為朗肯主動土壓力系數。
圖8-13水滲流時的土坡穩定計算裂縫內因積水產生的靜水壓力對最危險滑動面圓心的力臂為Z。在按前述各種方法分析土坡穩定時，應考慮引起的滑動力矩，同時土坡滑動面的弧長也將由BD減短為BF。
8.4.3土中水滲流時的土坡穩定性
河灘路堤兩側水位不同時，水將由水位高的一側向低的一側滲流。有時河灘與沿河路堤當水位緩慢上漲而急劇下降時，路堤內的水將向外滲流。
如圖8-13所示，邊坡內水滲流所產生的滲流力，其方向指向邊坡，它對邊坡穩定是不利的。圖中土坡，由于水位驟降，土坡內水向外滲流。已知浸潤線(滲流水位線)為efg，滑動土體在浸潤線以下部分(fgB)的面積為，作用在這一部分土體上的滲流力合力為。用條分法分析土體穩定時，土條i的重力計算，在浸潤線以下部分應考慮水的浮力作用，采用浮重度，滲流力按下式計算
(8-15)
式中--作用在單位體積土體上的滲流力(KN/m3)；
--水的重度(KN/m3)；
--滑動土體在浸潤線以下部分(fgB)的面積(m2)；
--在面積(fgBf)范圍內的水頭梯度平均值，可近似地假設等于浸潤線兩端fg連線的坡度。
滲流力的作用點在面積(fgB)的形心，其作用方向假定與fg線平行，對滑動面圓心的力臂為r。這樣考慮滲流力后，畢肖普條分法分析土坡穩定安全系數的有效應力計算式可以寫為
(8-16)
而總應力計算式為
(8-17)
8.5地基的穩定性分析
廣義的地基穩定性問題包括地基承載力不足而失穩，經常作用有水平荷載的構筑物基礎的傾覆和滑動失穩以及邊坡失穩。這里僅對經常作用有水平荷裁的構筑物基礎連同地基一起滑動的地基穩定性問題作簡要介紹。
圖8-14擋土墻連同地基一起滑動圖8-15貫入軟土層深處的圓弧滑動圖8-14為擋土墻連同地基一起滑動的剖面圖，滑動破壞面為圓弧滑動面，往往通過墻踵點(線)。取ADBC為隔離體，先求出作用于滑動體的力系，即可計算繞圓弧中心的滑動力矩和抗滑力矩，于是得出整體滑動的穩定安全系數
(8-18)
式中--分別為地基土的平均粘聚力標準值和平均內摩擦角標準值；
、--分別為擋土墻基底所承受的垂直分力標準值和水平分力標準值；
--為滑動圓弧的半徑。
這是-個比較粗略的計算式子，為考慮土質的變化，還可采用類似于邊坡穩定性分析的條分法求算穩定安全系數。這里假定的任一個圓心及其滑動面，不一定是最危險的圓弧滑動面，還必須通過試算求得一個最危險的圓弧滑動面。因此，基礎連同地基一起滑動的穩定安全系數應是最危險的圓弧滑動面上各力對滑動中心所產生的抗滑力矩與滑動力矩之比值，其值≥1.2。
當擋土墻周圍土體和地基都比較軟弱時，地基失穩可能出現如圖8-15所示貫入軟土層深處的圓弧滑動面。同樣，可采用類似于邊坡穩定分析的條分法求算穩定安全系數。同理，也要運用試算法圖8-16硬土層中非圓弧滑動Ep Ea才能求得最危險的圓弧滑動面和相應的穩定安全系數，且其值≥1.2。
圖8-16所示的出現在硬土層底的非圓弧滑動面，是在超固結堅硬粘土層中擋土墻連同地基一起滑動破壞可能沿著傾斜度不大的軟弱結構面。
作為近似計算，可簡單地取abdc土體為隔離體。作用在ab和dc豎直面上的力，可假設分別等于被動和主動土壓力。bd面為滑動平面，沿此滑動面上總的抗剪強度為
(8-19)
式中--土體abdc的自重(KN/m)；
--bd長度(m)和水平傾角(0)；
--硬粘土的粘聚力(Kpa)和內摩擦角(0)。
穩定安全系數為抗滑力與滑動力的比值
(8-20)
要求穩定安全系數不宜小于1.3。
思考及練習題
8-1影響土坡穩定的因素有哪些?何謂坡腳圓、中點圓及坡面圓，其產生的條件與土質、土坡形狀及土層構造有何關系?
8-2砂性土土坡的穩定性只要坡角不超過其內摩擦角，坡高可不受限制，而粘性土坡的穩定性還同坡高有關，試分析其原因?
8-3土坡圓弧滑動面的整體穩定分析的原理是什么?如何確定最危險圓弧滑動面?
8-4掌握條分法的基本原理及計算步驟?對簡單條分法、畢肖普法及簡布法的異同進行比較。
8-5從土力學觀點看，你認為土坡穩定計算的主要問題是什么?
8-6有一土坡坡高=5m，已知土的重度γ=19kN/m3，土的強度指標，要求土坡的穩定安全系數≥1.25，試用泰勒圖表法(圖8-7及8-8)確定土坡的容許坡角β值及最危險滑動面圓心位置。
8-7已知某工程基礎開挖土坡，地表土的物理力學指標為，若取安全系數=1.4，試問：①將坡角做成β=50時，邊坡的最大高度；①若挖方的開挖高度為6m，坡角最大能做成多大?
8-8某均質粘性土坡，=20m，坡比為1：2，填土重度，若取土條平均孔隙壓力系數=0.6，即(式8-8)中=0.6Wi，試用簡化的畢肖普條分法計算該土坡的穩定安全系數。
8-9砂礫土坡，其飽和重度內摩擦角，坡比為1：3，試問在干坡或完全浸水時，其穩定安全因數為多少?又問當有順坡向滲流時土坡還能保持穩定嗎?若坡比改成1：4，其穩定性又如何?
