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土坡稳定分析

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土坡稳定分析

第九章土坡稳定分析

第一节概述

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。

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。

3.滑坡(landslide):土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移,以至丧失原有稳

定性的现象。

4.圆弧滑动法(circleslipmethod):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。它是极限平衡法的一种常用分析方法。

二、基本规律与基本原理

(一)土坡失稳原因分析

土坡的失稳受内部和外部因素制约,当超过土体平衡条件时,土坡便发生失稳现象。1.产生滑动的内部因素主要有:

(1)斜坡的土质:各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的,如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等,遇水后软化,使原来的强度降低很多。

(2)斜坡的土层结构:如在斜坡上堆有较厚的土层,特别是当下伏土层(或岩层)不透水时,容易在交界上发生滑动。

(3)斜坡的外形:突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下缓的凹形坡易于下滑;由于粘性

土有粘聚力,当土坡不高时尚可直立,但随时间和气候的变化,也会逐渐塌落。

2.促使滑动的外部因素

(1)降水或地下水的作用:持续的降雨或地下水渗入土层中,使土中含水量增高,土中易溶盐溶解,土质变软,强度降低;还可使土的重度增加,以及孔隙水压力的产生,使土体作用有动、静水压力,促使土体失稳,故设计斜坡应针对这些原因,采用相应的排水措施。

(2)振动的作用:如地震的反复作用下,砂土极易发生液化;粘性土,振动时易使土的结构破坏,从而降低土的抗剪强度;施工打桩或爆破,由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。

(3)人为影响:由于人类不合理地开挖,特别是开挖坡脚;或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近;在斜坡上建房或堆放重物时,都可引起斜坡变形破坏。

(二)无粘性土坡稳定性分析

1.干的无粘性土坡

处于不渗水的砂、砾、卵石组成的无粘性土坡,只要坡面上颗粒能保持稳定,那么整个土坡便是稳定的。图9—1(见教材)为有均质无粘性土坡,坡角为β,自坡面上取一单元土体,其重量为W ,由W 引起的顺坡向下的滑力为T =Wsin β,对下滑单元体的阻力为 Tf =Ntg φ=Wcos βtg φ (式中φ为无粘性土的内摩擦角),因此,无粘性土坡的稳定系数为:

β

?β?βtg tg W tg W T T K f

===sin cos 由此可得如下结论:当β=φ时,K =1,土坡处于极限稳定状态,此时的坡角β为自然休止角;无粘性土坡的稳定性与坡高无关,仅取决与β角,当β<φ时,K >1,土坡稳定。

2.有渗流作用的无粘性土坡

有渗流作用的无粘性土坡,因受到渗透水流的作用,滑动力加大,抗滑力减小,见图沿渗流逸出方向的渗透力为J =i ×r w

由J 对单元土体产生的下滑分力和法向分力分别为

i ×r w COS(β一θ) ir w sin(β-θ)

其中:I :为渗透水力坡降;

r w : 为水的重度;

θ: 渗流方向与水平面的夹角。

因土渗水,其重量采用浮重度r ’进行计算,故其稳定系数为

)

cos(sin ')]sin(cos '[θββ?θββ-+--=w w ir r tg ir r k 当渗流方向为顺坡时,θ=β,i=sin β,则其K 为

β

?tg r tg r k sat '= 式中

1'≈s a t r r ,说明渗流方向为顺坡时,无粘性土坡的稳定系数与干坡相比,将降低1/2。

当渗流方向为水平逸出坡面时,θ=0,i=tg β,则K 为

β

?βtg r r tg tg r r k w w )'(_)'(2+-=

式中 2

1''2<+-w w r r tg r r β,说明与干坡相比下降了一半多。 上述分析说明,有渗流情况下无粘性土坡只有当坡角β≤φ时,才稳定。

(三)粘性土坡稳定性分析

1.瑞典圆弧法

这个方法首先是由瑞典的彼得森所提出,故称瑞典圆弧法。

(1)基本假设: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。

(2)基本公式:取圆弧滑动面以上滑动体为脱离体,图9-2所示(见教材),土体绕圆心O 下滑的滑动力矩为Ms =Wa ,阻止土体滑动的力是滑弧AED 上的抗滑力,其值等于土的抗剪强度τf 与滑弧AED 长度L 的乘积,故其抗滑力矩为

R L M f R τ=

安全系数K =抗滑力矩/滑动力矩=1>=Wa

R L M M i s R τ 式中:L ——滑弧弧长;

R ——滑弧半径;

α——滑动土体重心离滑弧圆心的水平距离。

该法适应于粘性土坡。后经费伦纽斯改进,提出φ=θ的简单土坡最危险的滑弧是通过坡角的圆弧,其圆心O 是为位于图9-3中AO 与BO 两线的交点,可查表确定。

2.瑞典条分法

(1)基本原理:当按滑动土体这一整体力矩平衡条件计算分析时,由于滑面上各点的斜率都不相同,自重等外荷载对弧面上的法向和切向作用分力不便按整体计算,因而整个滑动弧面上反力分布不清楚;另外,对于φ>0的粘性土坡,特别是土坡为多层土层构成时,求W 的大小和重心位置就比较麻烦。故在土坡稳定分析中,为便于计算土体的重量,并使计算的抗剪强度更加精确,常将滑动土体分成若干竖直土条,求各土条对滑动圆心的抗滑力矩和滑动力矩,各取其总和,计算安全系数,这即为条分法的基本原理。该法也假定各土条为刚性不变形体,不考虑土条两侧面间的作用力。

(2)计算步骤:图9—4为—土坡,地下水位很深,滑动土体所在土层孔隙水压力为0。条分法的计算步骤如下:

1)按一定比例尺画坡;

2)确定圆心O 和半径R ,画弧AB ;

3)分条并编号,为了计算方便,土条宽度可取滑弧半径的1/10,即b=0.1R ,以圆心O 为垂直线,向上顺序编为0、1、2、3、……,向下顺序为-1、-2、-3、……,这样,0条的滑动力矩为0,0条以上土条的滑动力矩为正值,0条以下滑动力矩为负值;

4)计算每个土条的自重

rhib Wi = (hi 为土条的平均高度)

5)分解滑动面上的两个分力

Ni =Wicos αi Ti =Wisin αi

式中:αi ——法向应力与垂直线的夹角。

6)计算滑动力矩

∑==n

i T ai Wi R M 1sin

式中:n :为土条数目。

7)计算抗滑力矩

RCL ai Wi Rtg M n

i R +=∑=1cos ?

式中:L 为滑弧AB 总长。

8)计算稳定安全系数(safetyfactor)。

∑∑==+==n i n i T R ai

Wi CL ai Wi tg M M k 1

1sin cos ? 9)求最小安全系数,即找最危险的滑弧,重复2)~8),选不同的滑弧,求K1、K2、K3…… 值,取最小者。

该法计算简便,有长时间的使用经验,但工作量大,可用计算机进行,由于它忽略了条间力对Ni 值的影响,可能低估安全系数(5~20)%。

3.毕肖普法

毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度t f 与实际产生剪应力T 的比,即K =t f ÷t ,并考虑了各土条侧面间存在着作用力,其原理与方法如下:

图9—4所示(见教材),假定滑动面是以圆心为O ,半径为R 的滑弧,从中任取一土条i 为分离体,其分离体的周边作用力为:土条重Wi 引起的切向力Ti 和法向反力Ni ,并分别作用于底面中心处;土条侧面作用法向力Ei 、Ei+1:和切向力Xi 、Xl+i ,。

根据静力平衡条件和极限平衡状态时各土条力对滑动圆心的力矩之和为零等,可得毕肖 普法求土坡稳定系数的普遍公式,即

∑∑-++=+ai Wi tg X X Wi ai Li C m k i i i ai sin }

)]([cos {111? 或∑∑-++=+ai

Wi tg X X Wi Cibi m k i i ai sin }

)]([{111? 式中K

aitg ai m ai 1sin cos ?+= 上式用起来十分繁杂,为此,毕肖普忽略了条间切向力,即Xi+1-Xi =0,这样就得到了国内外广泛使用的毕肖普简化式

∑∑+=ai Wi Witg ai CiLi m k i ai sin )

cos (1?

由于推导中只忽略了条间切向力,比瑞典条分法更为合理,与更精确的方法相比,可能低 估安全系数(2~7)%。

4.泰勒图表法

土坡稳定分析大都需要经过试算,计算工作量很大,因此,曾有不少人寻求简化的图表法。图9—5是泰勒(Taylor)根据计算资料整理得到的极限状态时均质土坡内摩擦角φ、坡角α与稳定因数N =C /γH 之间关系曲线(C 是粘聚力,γ是重度,H 是土坡高度)。

利用这个图表,可以很快地解决下列两个主要的土坡稳定问题:

(1)已知坡角α、土的内摩擦角φ、粘聚力C ,重度γ,求土坡的容许高度H 。

(2)已知土的性质指标φ、C 、γ及坡高H ,求许可的坡角α。

此法可用来计算高度小于10m 的小型堤坝,作初步估算堤坝断面之用。

5.有限元法

(1)基本思路:上述方法都是把滑动土体切成有限宽度的土体,把土体当成刚体,根据静力平衡条件和极限平衡条件求得滑动面上力的分布,从而可计算出稳定安全系数。但由于土体是变形体,并不是刚体,用分析刚体的办法,不满足变形协调条件,因而计算出滑动面上的应力状态不可能是真实的,有限元法就是把土坡当成变形体,按照土的变形特性,计算出土坡内的应力分布,然后再引入圆弧滑动面的概念,验算滑动土体的整体抗滑稳定性。

(2)应用步骤:

1)将土坡划分成许多单元体(图9-6,见教材),用有限元法可以计算出每个单元的应力、应变和每个结点的结点力和位移,图9-7(见教材)是一座土坝用有限元法分析所得竣工时坝体的剪应变分布图,可以清楚地看出坝坡在重力作用下剪切变形的轨迹类似于滑弧面。

2)土坡的应力计算出来以后,再引入圆弧滑动面的概念。图9-6中表示一个可能的圆弧滑动面,把滑动面分成若干小弧段△Li ,小弧段△Li 上的应力用弧段中点的应力代表,其值可以按有限元法应力分析的结果,根据弧段中点所在的单元的应力确定,表示为σxi σzi σxzi 。如果小弧段△Li 与水平线的倾角θi ,则作用在弧段上的法向应力和剪应力分别为:

i

i i

i zi xi xzi i xzi zi xi zi xi ni θσσθττθτθσσσσσ2sin )(212cos sin 2cos )(21)(21---=+--+=

根据摩尔-库仑强度理论,该点土的抗剪强度为: i tg Ci ni fi φστ+=

3)求边坡稳定安全系数。将滑动面上所有小弧段的剪应力和抗剪强度分别求出后,累加求沿着滑动面的总的剪切力∑τi △li 和抗剪力∑τfi ,边坡稳定安全系数为

∑∑==??+=n

i n i ni li

i li i tg Ci k 11

)(τ?σ (3)其它方法:山区一些±坡往往覆盖在起伏变化的基岩面上,土坡失稳多数沿着这些界面发生,对这种起伏不平的滑动面分析,国内常用不平衡推力传递法。

此外,土坡稳定分析也常用洛巴索夫图表法。

(四)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,计算摩擦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。

教材对几个控制时期如何应用总应力法和有效应力法作较详细的探讨,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。(五)土坡稳定分析的几个问题讨论

1.关于挖方边坡和天然边坡

人工挖出和天然存在的土坡是在天然地层中形成的,但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,算得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,这些特形对土坡稳定性有很大影响。

2.关于圆弧滑动法

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。

三、基本方法

(一)确定最危险滑动面圆心的方法

对φ=0的均质土坡,可按前述瑞典圆弧法确定。对φ>o的土坡,其圆心确定需多次试算。先按φ=o的情况根据土坡坡度查表,得β1,β2角,AO与BO线交点为O,如图9—8所示(见教材),由坡角A向下作垂线为边坡高度H,再向右作水平线4.5H为E点,边EO,在EO延长线上取一点为圆心01,以OlA为半径作圆弧交坡顶于C1。试算时可在EO 延长线几个圆心O1、O2……,计算相应的稳定安全系数,在垂直EO的方向上按比例画出代表各安全系数K1、K2……数值的线段,然后连成K曲线。在该曲线最小的K值处作垂线FG,在FG线上另取几个圆心O1’、O2’……计算相应的稳定安全系数,同样可作出K’值曲线,并以K'值曲线上的最小值为K'min,而相应的O’为最危险滑动面的圆心。现已有程序进行电算,以节省计算工作量。

(二)复合滑动面土坡稳定分析方法

当土坡相邻土层的强度相差太大时,就有可能有部分滑动面沿着强度较低的土层界面生成,不沿圆弧剪破,图9—9(见教材)所示滑动面即为复合滑动面。

复合滑动属非圆弧滑动的一种。针对非圆弧滑动,人们提出了很多计算方法,其中詹布(N.Janbu)法、传递系数法等已成为我国一些专业规范推荐使用。下面介绍一种简化复合滑动面稳定分析法。

图9—9的简单土坡地基中有一软弱薄层,简化分析假定BF面上作用有主动土压力Pa,CE面上作用有被动土压力Pp,分析FBCE沿BC面的滑动稳定性,安全系数K,表示为:

Pa

Pp C

B c

Wtg

K +

+

=

?

式中:W:为土体FBCE的重量;

C、φ:为软层的强度指标;

BC:为BC段长度;

Pa,Pp:分别为主、被动土压力,可按朗肯理论计算。

如果图9-9中软层本身是均匀的,只需验算沿软层底面的滑动;如果软层顶部强度底,底部强度高,沿软层底面,顶面的滑动都需要验算,取K小者。

边坡的稳定性计算方法

边坡稳定性计算方法 目前的边坡的侧压力理论,得出的计算结果,显然与实际情形不符。边坡稳定性计算,有直线法和圆弧法,当然也有抛物线计算方法,这些不同的计算方法,都做了不同的假设条件。 当然这些先辈拿出这些计算方法之前,也曾经困惑,不做假设简化,基本无法计算。而根据各种假设条件,是会得出理论上的结果,但与实际情况又不符。倒是有些后人不管这些假设条件,直接应用其计算结果,把这些和实际不符的公式应用到现有的规范和理论中。 瑞典条分法,其中的一个假设条件破裂面为圆弧,另一个条件为假设的条间土之间,没有相互作用力,这样的话,对每一个土条在滑裂面上进行力学分解,然后求和叠加,最后选取系数最小的滑裂面。从而得出判断结果。其实,那两个假设条件对吗?都不对! 第一、土体的实际滑动破裂面,不是圆弧。第二、假设的条状土之间,会存在粘聚力与摩擦力。边坡的问题看似比较简单,只有少数的几个参数,但是,这几个参数之间,并不是线性相关。对于实际的边坡来讲,虽然用内摩擦角①和粘聚力C来表示,但对于不同的破裂面,破裂面上的作用力,摩擦力和粘聚力,都是破裂面的函数,并不能用线性的方法分别求解叠加,如果是那样,计算就简单多了。 边坡的破裂面不能用简单函数表达,但是,如果不对破裂面作假设,那又无从计算,直线和圆弧,是最简单的曲线,所以基于这两种曲线的假设,是计算的第一步,但由于这种假设与实际不符,结果肯定与实际相差甚远。

条分法的计算,是来源于微积分的数值计算方法,如果条间土之间,存在相互作用力,那对条状土的力学分解,又无法进行下去。 所以才有了圆弧破裂面的假设与忽略条间土的相互作用的假设。 其实先辈拿出这样与实际不符的理论,内心是充满着矛盾的。 实际看到的边坡的滑裂,大多是上部几乎是直线,下部是曲线形状,不能用简单函数表示,所以说,要放弃求解函数表达式的想法。计算还是可以用条分法,但要考虑到条间土的相互作用。 用微分迭代的方法求解,能够得出近似破裂面,如果每次迭代,都趋于收敛,那收敛的曲线,就是最终的破裂面。 参照图3,下面将介绍这种方法的求解步骤。

【精品】第9章边坡稳定性分析

第9章边坡稳定性分析 学习指导:本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法;介绍了岩坡处理的措施。 重点:1边坡的变形与破坏类型; 2影响边坡稳定性的因素; 3边坡稳定性分析与评价. 9。1边坡的变形与破坏类型 9。1.1概述

随着社会进步及经济发展,越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题,通过长期的工程实践,工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动,进行有效地指导。近年来,随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展,人类已认识到:边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展,而是与人类活动密切相关;人类在进行生产建设的同时,必须顾及到边坡的环境效应,并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域,在这些领域中,边坡作为地质工程的分支之一,一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域,边坡工程都是整体工程不可分割的部分,为保证工程运行安全及节约经费,广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而,随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国,目前的露天采矿的人工边

坡已高达300—500m,而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米,其中涉及的工程地质问题极为复杂,特别是在西南山区,边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。

(完整版)土坡稳定性分析

第七章土坡稳定性分析 第一节概述 土坡就是由土体构成、具有倾斜坡面的土体,它 的简单外形如图7-1所示。一般而言,土坡有两种类 型。由自然地质作用所形成的土坡称为天然土坡,如 山坡、江河岸坡等;由人工开挖或回填而形成的土坡 称为人工土(边)坡,如基坑、土坝、路堤等的边坡。 土坡在各种内力和外力的共同作用下,有可能产生剪 图7-1 土坡各部位名称 切破坏和土体的移动。如果靠坡面处剪切破坏的面积 很大,则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象,称为滑坡。土体的滑动一般系指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。除设计或施工不当可能导致土坡的失稳外,外界的不利因素影响也触发和加剧了土坡的失稳,一般有以下几种原因: 1.土坡所受的作用力发生变化:例如,由于在土坡顶部堆放材料或建造建筑物而使坡顶受荷。或由于打桩振动,车辆行驶、爆破、地震等引起的振动而改变了土坡原来的平衡状态; 2.土体抗剪强度的降低:例如,土体中含水量或超静水压力的增加; 3.静水压力的作用:例如,雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝,对土坡产生侧向压力,从而促进土坡产生滑动。因此,粘性土坡发生裂缝常常是土坡稳定性的不利因素,也是滑坡的预兆之一。 在土木工程建筑中,如果土坡失去稳定造成塌方,不仅影响工程进度,有时还会危及人的生命安全,造成工程失事和巨大的经济损失。因此,土坡稳定问题在工程设计和施工中应引起足够的重视。 天然的斜坡、填筑的堤坝以及基坑放坡开挖等问题,都要演算斜坡的稳定性,亦既比较可能滑动面上的剪应力与抗剪强度。这种工作称为稳定性分析。土坡稳定性分析是土力学中重要的稳定分析问题。土坡失稳的类型比较复杂,大多是土体的塑性破坏。而土体塑性破坏的分析方法有极限平衡法、极限分析法和有限元法等。在边坡稳定性分析中,极限分析法和有限元法都还不够成熟。因此,目前工程实践中基本上都是采用极限平衡法。极限平衡方法分析的一般步骤是:假定斜坡破坏是沿着土体内某一确定的滑裂面滑动,根据滑裂土体的静力平衡条件和莫尔—库伦强度理论,可以计算出沿该滑裂面滑动的可能性,即土坡稳定安全系数的大小或破坏概率的高低,然后,再系统地选取许多个可能的滑动面,用同样的方法计算其稳定安全系数或破坏概率。稳定安全系数最低或者破坏概率最高的滑动面就是可能性最大的滑动面。 本章主要讨论极限平衡方法在斜坡稳定性分析中的应用,并简要介绍有限元法的概念。 182

土力学习题及答案第十章.

第10章土坡和地基的稳定性 1.简答题 1.土坡稳定有何实际意义?影响土坡稳定的因素有哪些? 2.何为无黏性土坡的自然休止角?无黏性土坡的稳定性与哪些因素有关? 3.简述毕肖普条分法确定安全系数的试算过程? 4.试比较土坡稳定分析瑞典条分法、规范圆弧条分法、毕肖普条分法及杨布条分法的异同? 5.分析土坡稳定性时应如何根据工程情况选取土体抗剪强度指标和稳定安全系数? 6.地基的稳定性包括哪些内容?地基的整体滑动有哪些情况?应如何考虑? 7.土坡稳定分析的条分法原理是什么?如何确定最危险的圆弧滑动面? 8.简述杨布(Janbu)条分法确定安全系数的步骤。 2.填空题 1.黏性土坡稳定安全系数的表达式为。 2.无黏性土坡在自然稳定状态下的极限坡角,称为。 3.瑞典条分法稳定安全系数是指 和之比。 4.黏性土坡的稳定性与土体的、、 、 和等5个参数有密切关系。 5.简化毕肖普公式只考虑了土条间的作用力而忽略了作用力。 3.选择题 1.无粘性土坡的稳定性,()。 A.与坡高无关,与坡脚无关 B.与坡高无关,与坡脚有关 C.与坡高有关,与坡脚有关 D.与坡高有关,与坡脚无关 2.无黏性土坡的稳定性()。 A.与密实度无关 B.与坡高无关 C.与土的内摩擦角无关 D.与坡角无关 3.某无黏性土坡坡角β=24°,内摩擦角φ=36°,则稳定安全系数为( ) A.K=1.46 B. K=1.50 C.K=1.63 D. K=1.70 4. 在地基稳定性分析中,如果采用分析法,这时土的抗剪强度指标应该采用下列哪 种方法测定?() A.三轴固结不排水试验 B.直剪试验慢剪 C.现场十字板试验 D.标准贯入试验 5. 瑞典条分法在分析时忽略了()。 A.土条间的作用力 B.土条间的法向作用力 C.土条间的切向作用力

土坡稳定分析的几个问题讨论

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

土坡稳定性计算

土坡稳定性计算书 计算依据: 1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 2、《建筑施工计算手册》江正荣编著 3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著 4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著 5、《地基与基础》第三版 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算,由于该计算过程是大量的重复计算,故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果,省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算,假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体,还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 基本参数: 放坡参数: 序号 放坡高度L(m) 放坡宽度W(m) 平台宽度B(m) 1 3.5 2.25 0.75 2 4 3 1.5 荷载参数: 土层参数:

1 填土 3.5 19.8 7.4 20.4 8 20 2 粘性土 3.5 20 16. 3 45.8 21 23 3 粘性土 3.6 20.3 17. 4 64.1 23 23 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定,滑动面呈曲面,通常滑动面接近圆弧,可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条,从土条中任意取出第i条,不考虑其侧面上的作用力时,该土条上存在着: 1、土条自重, 2、作用于土条弧面上的法向反力, 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数,考虑安全储备的大小,按照《规范》要求,安全系数要满足≥1.35的要求。 圆弧滑动法示意图 三、计算公式: K sj=∑{c i l i+[ΔG i b i+qb i]co sθi tanφi}/∑[ΔG i b i+qb i]sinθi 式子中: K sj --第j个圆弧滑动体的抗滑力矩与滑动力矩的比值;

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第九章土坡稳定分析 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。 3.滑坡(landslide):土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移,以至丧失原有稳 定性的现象。 4.圆弧滑动法(circleslipmethod):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。它是极限平衡法的一种常用分析方法。 二、基本规律与基本原理 (一)土坡失稳原因分析 土坡的失稳受内部和外部因素制约,当超过土体平衡条件时,土坡便发生失稳现象。1.产生滑动的内部因素主要有: (1)斜坡的土质:各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的,如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等,遇水后软化,使原来的强度降低很多。 (2)斜坡的土层结构:如在斜坡上堆有较厚的土层,特别是当下伏土层(或岩层)不透水时,容易在交界上发生滑动。 (3)斜坡的外形:突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下缓的凹形坡易于下滑;由于粘性土有粘聚力,当土坡不高时尚可直立,但随时间和气候的变化,也会逐渐塌落。 2.促使滑动的外部因素 (1)降水或地下水的作用:持续的降雨或地下水渗入土层中,使土中含水量增高,土中易溶盐溶解,土质变软,强度降低;还可使土的重度增加,以及孔隙水压力的产生,使土体作用有动、静水压力,促使土体失稳,故设计斜坡应针对这些原因,采用相应的排水措施。(2)振动的作用:如地震的反复作用下,砂土极易发生液化;粘性土,振动时易使土的结

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第十章土坡和地基的稳定性 一、名词解释 1.土坡 答:土坡是指具有倾斜坡面的土体。通常可分为天然土坡(由于地质作用自然形成的土坡,如山坡、江河岸坡等)和人工土坡(经人工挖、填的土工建筑物边坡,如基坑、渠道、土坝、路堤等)。当土坡的顶面和底面都是水平的,并延伸至无穷远,且由均质土组成时,则称为简单土坡。 2.滑坡 答:滑坡是指土坡上的部分岩体或土体在自然或人为因素的影响下沿某一明显界面发生剪切破坏向坡下运动的现象,又称边坡破坏。影响土坡滑动的因素复杂多变,但其根本原因在于土体内部某个滑动面上的剪应力达到了它的抗剪强度,使稳定平衡遭到破坏。 二、判断题 1.粘性土土坡稳定性分析的毕肖普法中,是假设土条两侧的作用力合力大小相等、方向相反、且其作用线重合。()[成都理工大学2011、2015年] 【答案】正确 【解析】毕肖普条分法的假设的基本条件是忽略条间切向力,土条两侧的作用力合力大小相等,方向相反,作用线重合。

2.渗流产生的渗透力可以改变滑动土体的有效应力()。[成都理工大学2010年] 【答案】正确 【解析】渗流产生的渗透力可以改变滑动土体的有效应力,当渗流向下进行时,要在原来应力基础上加上动水压力,当渗流向上进行时,要在原来应力基础上减去动水压力。 3.对于均质无黏性土坡,理论上土坡的稳定性与坡高无关。() 【答案】正确 【解析】对于均质无黏性土坡,理论上土坡的稳定性与坡高无关,只要坡角小于土的内摩擦角(β<φ),K>1,土体就是稳定的。当坡角与土的内摩擦角相等(β=φ)时,稳定安全系数K=1,此时抗滑力等于滑动力,土坡处于极限平衡状态,相应的坡角就等于无黏性土的内摩擦角。 4.粘性土土坡稳定分析的Bishop法,是假设土条两侧的作用力合力大小相等、方向相反,且其作用线重合()。 【答案】错误 【解析】毕肖普法假定各土条底部滑动面上的抗滑安全系数均相同,即等于整个滑动面的平均安全系数,取单位长度土坡按平面问题计算。作用在该土条上的力有:①土条自重 G i=γb i h i,其中b i、h i分别为该土条的宽度与平均高度; ②作用于土条底面的抗剪力T f i、有效法向反力N′i及孔隙水压力u i l i,其中u i、l i分别为该土条底面中点处孔隙水压力和滑弧长度; ③作用于该土条两侧的法向力E i和E i+1及切向力X i和X i+1,ΔX i=(X i+1-X i)。但是土

第七章 土坡稳定分析

第七章 土坡稳定分析 第一节 概述 土坡就是具有倾斜坡面的土体(图7-l )。由自然地质作用所形成的土坡称为天然土坡。由人工开挖或回填而形成的土坡则称为人工土坡。土体重量以及渗透力等在坡体内引起剪应力,如果剪应力大于土的抗剪强度,就要产生剪切破坏。如果靠坡面处剪切破坏的面积很大,则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象,这一现象称为滑坡。 滑坡可分为半无限长滑坡和有限长滑坡。半无限长滑坡是指滑动坡面的长度比滑坡深度大很多,成大平板形状的滑动(图7-2a ),而有限长滑坡是指滑动面的长度与滑坡深度的尺度相当(图7-2b )。粗粒土中的滑坡,一般为深度较浅而形状接近于平面或者由两个以上平面组成的折线形滑动面。粘性土中的滑坡深入坡体内,均质粘性土坡滑动面的形状为对数螺线曲面,在计算中通常以圆弧面代替(图7-3)。 土石坝是常见的大型人工土坡,它是近代坝工建筑中广泛应用的一种坝型。目前土石坝的坝高已达到300m 以上。 高土石坝的土石方量巨大,因此选择安全可靠而又经济合理的断面就是一个十分重要的问题。一座高100m 的土坝(图7-6),如果上、下游坝坡能从1:2.5减小到1:2.0,每一延米断面可节省土方量5000m 3。一公里坝长就可节省土方500万rn 3,这是一个巨大的工程量。然而能否节省取决于边坡是否能保持稳定。因此,土坝边坡稳定分析是土石坝设计中的一项重要的内容。 在边坡稳定分析中,目前工程实践中基本上都是采用极限平衡法。极限平衡法的一般步骤是先假定破坏是沿土体内某一确定的滑动面滑动,根据滑裂土体的静力平衡条件和摩尔-库伦破坏准则计算沿该滑裂面滑动的可能性,即安全系数的大小,然后系统地选取多个可能的滑动面,用同样方法计算稳定安全系数或破坏概率。安全系数最低或破坏概率最高的滑动面就是可能性最大的滑动面。 第二节 无粘性土坡的稳定分析 一、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上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定,整个土坡就处于稳定状态。 从砂堆坡面上取一小块土体来分析它的稳定条件图(7-7a )。设小土体的重量为W ,W 沿坡面的滑动力αsin W T =。垂直于坡面的正压力αcos W N =,正压力产生摩擦阻力,阻抗土体下滑,称抗滑力,其值为φαφtg W Ntg R ?==cos (库伦定理)。定义土体的稳定安全系数F s 为: 1)-(7 sin cos tga tg a W tg a W T R F s φφ=?===滑动力抗滑力 式中,φ—土的内摩擦角(0); α—土的坡度角(0) 式(7-1)与土坡的高度无关,因此安全系数F s 代表整个边坡的安全度。 当Fs=1时,α=φ,α称为天然休止角,其值等于砂在松散状态时的内摩擦角。如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。 二、有渗透水流的均质土坡 挡水土堤内形成渗流场,如果浸润线在下游坡面逸出,这时在浸润线以下,下游坡内的土体除受重力作用外,还受渗透力的作用,因而会降低下游边坡的稳定性。先分析浸润线逸出点以下部分边坡的稳定性(图7-8)。如果水流的方向与水平面成夹角θ,则沿水流方向的渗透力i j w γ=。在坡面上取土体V 中的土骨架为隔离体,其有效重量为V 'γ。分析这块土骨架的稳定性,作用在土骨架上的总渗透力为iV jV J w γ==。沿坡内的全部滑动力,包括重力和渗透力,为 )cos(sin θαγαγ-+'=iV V T w 坡面的正压力为

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土坡稳定性计算计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业出版社、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著人民教同出版社、《地基与基础》第三版中国建筑工业出版社、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算,由于该计算过程是大量的重复计算,故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果,省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算,假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体,还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法:瑞典条分法; 条分块数:50; 考虑地下水位影响; 基坑外侧水位到坑顶的距离(m):2.000 基坑内侧水位到坑顶的距离(m):6.000

二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定,滑动面呈曲面,通常滑动面接近圆弧,可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条,从土条中任意取出第i条,不考虑其侧面上的作用力时,该土条上存在着: 1、土条自重, 2、作用于土条弧面上的法向反力, 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数,考虑安全储备的大小,按照《规范》要求,安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式: 式子中: F s --土坡稳定安全系数; c --土层的粘聚力; l i--第i条土条的圆弧长度; γ --土层的计算重度; θi --第i条土到滑动圆弧圆心与竖直方向的夹角;

φ --土层的内摩擦角; b i --第i条土的宽度; h i --第i条土的平均高度; h1i――第i条土水位以上的高度; h2i――第i条土水位以下的高度; γ' ――第i条土的平均重度的浮重度; q――第i条土条土上的均布荷载; 四、计算安全系数: 将数据各参数代入上面的公式,通过循环计算,求得最小的安全系数Fs: 第1步:安全系数=1.417,标高=-2.000,圆心X=0.962米,圆心Y=1.344米,半径R=3.344米示意图如下:

土坡稳定性分析方法综述_寇海磊

Value Engineering 0引言 土坡稳定性一般用土坡稳定性安全系数来表示。计算土坡稳定性安全系数的方法通常有二种:一是对构成土体的土条进行受力分析。但是此土条受力分析法存在静不定问题。为解决此问题,往往将土条所受的某些应力当零处理。因此,由此法计算的土坡稳定性系数必然存在误差比较大的问题;二对土坡圆弧滑动体进行整体稳定性分析,但假定的土坡圆弧滑动面与实际的滑动面不相符。其计算结果精度差.目前在工程实际应用中,都是应用土体在某一确定强度条件下,假定土体是理想塑性材料,把土条作为一个刚体,按极限平衡的原则进行受力分析,不考虑土体本身的应力一应变关系,建立坡体稳定分析方法,求得土坡稳定的安全系数来进行评价。土坡稳定性计算的方法主要有:瑞典条分法,简化毕肖普法,Morgenstern&Price法,陈祖煜法,Sarma法,Janbu法。 1瑞典条分法 瑞典圆弧滑动面条分法,是将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条,对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析,求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。该法由于忽略土条之间的相互作用力的影响,因此是条分法中最简单的一种方法。 2简化毕肖普法 毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度与实际产生剪应力的比,并考虑了各土条侧面间存在着作用力根据静力平衡条件和极限平衡状态时各土条力对滑动圆心的力矩之和为零等,可得毕肖普法求土坡稳定系数的普遍公式。毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是整个滑动面上土的抗剪强度τf与实际产生剪应力τ的比,并考虑了各土条侧面间存在着作用力,假设土条二侧力相等方向相反。把有效应力原理引进斜坡分析,还将安全系数定义为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力的比值.这比原先由全部抗滑力矩与滑动力矩之比定义的安全系教原理,适应性广。 3Morgenstern&Price法 工程中很多土坡的外形复杂并不是简单土坡,土坡的土质不均匀,坡顶和坡面作用有荷载,因而滑动面不一定为圆弧形,这给选择滑动面上的抗剪强度和计算滑动或抗滑力矩带来困难,解决的方法是将滑坡体分成一系列铅直薄土条。对任意曲线形状的滑裂面进行分析,导出满足力的平衡及力矩平衡条件的微分方程式,然后假定两相邻土条法向条间力和切向条间力之间存在对水平方向坐标的函数关系,从而根据整个滑动面土体的边界条件求出问题的解答。 4陈祖煜法 陈祖煜法也是普遍条分法的一种。它是在Morgenstern法的基础上对Morgenstern法做了改进,使之更加结合工程实际,考虑了地震力、坡面载荷等因素,从土条的静力平衡得到的微分方程出发,结合相应的边界条件,推导出带有普遍意义的极限平衡方程式。 5Sarma法 Sarma是对土条侧向力的大小分布做出假定。萨尔玛法(Sarma)假想在每一土条重心作用着一个水平地震惯性力,由于它的作用,使滑裂面恰好达到极限状态,也就是使滑裂面上的稳定安全系数F=1,此时水平地震加速度K称为临界地震加速度,以K表示.K作为判断土坡稳定程度的一个标准,同时,萨尔玛推导出切向条间力X的分布,从而使超静定问题变成静定的。 6Janbu法 Janbu法是对土条的侧向力的作用位置作出假定的。Janbu通过假设滑体推力线位置并考虑微分条块的力矩平衡,巧妙地推导出条块水平推力与竖向剪力的关系,再根据条块的力平衡条件导出安全系数迭代求解格式。Janbu普遍条分法因其严格简明而很快在国际岩土工程界广泛应用。但是,大量工程应用表明,Janbu普遍条分法存在着严重的不收敛问题,特别是条块划分过密如100块以上,简单均质边坡的安全系数计算收敛性都难以得到保证。 7应用中常出现的问题 在土坡稳定性分析方法的应用中应注意的问题主要有滑裂面的形状问题,强度指标选择问题和考虑条间力的影响问题。一般来说,土坡滑动时其滑裂面都是非圆弧的,但对于匀质的黏性土坡,真正的临界剪切面与圆柱面相差不大,而且在临界剪切面附近,稳定安全系数的变化也不太灵敏,所以采用圆弧滑动分析仍可得到满意的结果。土体强度指标测定与选用值的精确与否,对土坡的稳定验算关系甚大。在测定土的强度时,应该使试验室的模拟条件尽量符合实际受力情况,使试验指标具有一定的代表性,否则验算结果就可能与实际情况有较大的出入。各类条分法(除瑞典法外)都不同程度的考虑了相邻土条条间力的影响。一般来说,这些影响考虑的愈多,求得的安全系数也愈高。但这绝不是无限制的,特别对于滑裂面是平面、圆柱面或一些简单的光滑曲面,滑动土体下滑时,土体内相邻土条并不会产生很大的相对变形,因此其抗剪阻力不可能达到或接近极限,此时求出的土条分界面上的抗剪安全系数应远大于1。 8结论 在土建工程中经常会遇到土坡稳定性问题,如果处理不当,土坡失稳产生滑动,不仅影响工程进展,甚至危及人的生命安全和造成工程事故。因此,研究土坡的稳定性有重要的实际意义。土坡稳定分析是一个比较复杂的问题,本文主要从理论上对简单土坡进行了稳定分析,并且,这种建立在极限平衡理论基础上的条分法,由于方法本身没有考虑到土体内部的应力一应变关系,所求出的安全系数只是所假定的滑裂面上的安全系数,所求出的土条之间内力或土条底部反力并不是滑动土体真实存在的力。 参考文献: [1]郑颖人,王恭先等.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007. [2]龚晓南.土力学.北京:中国建筑工业出版社,2002. [3]卢廷浩,刘祖德等.高等土力学.北京:机械工业出版社,2006. [4]彭德红,浅谈边坡稳定性分析方法[J].上海地质,2005,(3):44-47. 土坡稳定性分析方法综述 Overview of Analysis Methods of Slopes Stability 寇海磊Kou Hailei (青岛理工大学,青岛266033) (Qingdao Technological University,Qingdao266033,China) 摘要:计算土坡稳定性安全系数的方法通常有二种:一是对构成土体的土条进行受力分析;二是对土坡圆弧滑动体进行整体稳定性分析。但这两种方法均存在不足之处。本文综述了各种土坡稳定性分析方法并做出比较,并给出了工程应用中应注意的问题。 Abstract:There are two methods calculating safety coefficient of slopes stability:one is to analyze soil mechanics on soil slices;the other is to analyze stability of the whole body on slope circular sliding.But both of these methods exist deficiencies.This article summarizes the analysis methods of slopes stability and makes comparisons.And also the problems that should be paid attention to in the application of engineering are presented. 关键词:滑裂面;基本条分法;瑞典条分法 Key words:sliding plane;basic slice method;Sweden slice method 中图分类号:TU4文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0083-01 —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— — 作者简介:寇海磊(1984-),男,山东寿光人,硕士研究生,研究方向为地基处 理与桩基。 ·83·

《土力学》第十章习题集及详细解答讲课稿

《土力学》第十章习题集及详细解答 第10章土坡和地基的稳定性 1.填空题 1.黏性土坡稳定安全系数的表达式为。 2.无黏性土坡在自然稳定状态下的极限坡角,称为。 3.瑞典条分法稳定安全系数是指 和之比。 4.黏性土坡的稳定性与土体的、、 、 和等5个参数有密切关系。 5.简化毕肖普公式只考虑了土条间的作用力而忽略了作用力。 2.选择题 1.无粘性土坡的稳定性,( B )。 A.与坡高无关,与坡脚无关 B.与坡高无关,与坡脚有关 C.与坡高有关,与坡脚有关 D.与坡高有关,与坡脚无关 2.无黏性土坡的稳定性( B )。 A.与密实度无关 B.与坡高无关 C.与土的内摩擦角无关 D.与坡角无关 3.某无黏性土坡坡角β=24°,内摩擦角φ=36°,则稳定安全系数为( C ) A.K=1.46 B. K=1.50 C.K=1.63 D. K=1.70 4. 在地基稳定性分析中,如果采用分析法,这时土的抗剪强度指标应该采用下列哪 种方法测定?( C ) A.三轴固结不排水试验 B.直剪试验慢剪 C.现场十字板试验 D.标准贯入试验 5. 瑞典条分法在分析时忽略了( A )。 A.土条间的作用力 B.土条间的法向作用力 C.土条间的切向作用力 6.简化毕肖普公式忽略了( C )。 A.土条间的作用力 B.土条间的法向作用力 C.土条间的切向作用力 3判断改错题

1. ,只有黏性土坡的稳定性才与坡高无关。 2. ,只有最小安全系数所对应的滑动面才是最危险的滑动面。 3. ,只适用于均质土坡。 4. √ 5. ,毕肖普条分法也适用于总应力法 1.黏性土坡的稳定性与坡高无关。 2.用条分法分析黏性土的稳定性时,需假定几个可能的滑动面,这些滑动面均是最危险的滑动面。 3.稳定数法适用于非均质土坡。 4.毕肖普条分法的计算精度高于瑞典条分法。 5.毕肖普条分法只适用于有效应力法。 4.简答题 1.土坡稳定有何实际意义?影响土坡稳定的因素有哪些? 2.何为无黏性土坡的自然休止角?无黏性土坡的稳定性与哪些因素有关? 3.简述毕肖普条分法确定安全系数的试算过程? 4.试比较土坡稳定分析瑞典条分法、规范圆弧条分法、毕肖普条分法及杨布条分法的异同? 5.分析土坡稳定性时应如何根据工程情况选取土体抗剪强度指标和稳定安全系数? 6.地基的稳定性包括哪些内容?地基的整体滑动有哪些情况?应如何考虑? 7.土坡稳定分析的条分法原理是什么?如何确定最危险的圆弧滑动面? 8.简述杨布(Janbu)条分法确定安全系数的步骤。 5.计算题 1.一简单土坡,。(1)如坡角,安全系数K= 1.5,试用稳定数法确定最大稳定坡高;(2)如坡高,安全系数仍为1.5,试确定最大稳定坡角;(3)如坡高,坡角,试确定稳定安全系数K。 2. 某砂土场地经试验测得砂土的自然休止角,若取稳定安全系数K=1.2,问开挖基坑时土坡坡角应为多少?若取,则K又为多少? 3. 某地基土的天然重度,内摩擦角,黏聚力,当采取坡度1∶1开挖坑基时,其最大开挖深度可为多少? 4. 已知某挖方土坡,土的物理力学指标为=18.9,若取安全系数,试问: (1)将坡角做成时边坡的最大高度; (2)若挖方的开挖高度为6m ,坡角最大能做成多大?

边坡稳定性分析

浅谈土坡稳定性分析方法 摘要:土坝、路堤、河岸、挖坡以及山坡有可能因稳定性问题而产生滑坡。大片土体从上面滑下堆积于坡脚前。滑动也可能影响到深层,上部土体大幅度下滑而坡脚向上隆起,向外挤出,整个滑动体呈转动状。滑坡将危及到滑坡体及其附近人的生命和财产的安全。目前,边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务,对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。本文通过对土坡失稳原因分析,对目前常用的边坡稳定分析方法进行总结,以供学习和参考。 关键字:土坡;稳定性;方法 0 前言 边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体,由于坡表面倾斜,在坡体本身重力及其他外力作用下,整个坡体有从高处向低处滑动的趋势,同时,由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施,它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说,如果边坡土(岩)体内部某一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力,边坡将产生滑动,即失去稳定;如果滑动力小于抵抗力,则认为边坡是稳定的。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。本文主要介绍目前常用的土坡稳定分析方法,学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。 1 土坡失稳原因分析 土坡的失稳受内部和外部因素制约,当超过土体平衡条件时,土坡便发生失稳现象。

产生滑动的内部因素主要有:(1)斜坡的土质:各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的,如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等,遇水后软化,使原来的强度降低很多。(2)斜坡的土层结构:如在斜坡上堆有较厚的土层,特别是当下伏土层(或岩层)不透水时,容易在交界上发生滑动。(3)斜坡的外形:突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下缓的凹形坡易于下滑;由于粘性土有粘聚力,当土坡不高时尚可直立,但随时间和气候的变化,也会逐渐塌落。 促使滑动的外部因素主要有:(1)降水或地下水的作用:持续的降雨或地下水渗入土层中,使土中含水量增高,土中易溶盐溶解,土质变软,强度降低;还可使土的重度增加,以及孔隙水压力的产生,使土体作用有动、静水压力,促使土体失稳,故设计斜坡应针对这些原因,采用相应的排水措施。(2)振动的作用:如地震的反复作用下,砂土极易发生液化;粘性土,振动时易使土的结构破坏,从而降低土的抗剪强度;施工打桩或爆破,由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。(3)人为影响:由于人类不合理地开挖,特别是开挖坡脚;或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近;在斜坡上建房或堆放重物时,都可引起斜坡变形破坏。 3 土坡稳定性分析 3.1无粘性土坡稳定性分析 干的无粘性土坡:处于不渗水的砂、砾、卵石组成的无粘性土坡,只要坡面上颗粒能保持稳定,那么整个土坡便是稳定的。有均质无粘性土坡,坡角为β,自坡面上取一单元土体,其重量为W,由W引起的顺坡向下的滑力为T=Wsin β,对下滑单元体的阻力为:

土坡稳定性计算计算书

土坡稳定性计算计算书 品茗软件大厦工程;属于结构;地上0层;地下0层;建筑高度:0m;标准层层高:0m ;总建筑面积:0平方米;总工期:0天;施工单位:某某施工单位。 本工程由某某房开公司投资建设,某某设计院设计,某某勘察单位地质勘察,某某监理公司监理,某某施工单位组织施工;由章某某担任项目经理,李某某担任技术负责人。 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业出版社、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著人民教同出版社、《地基与基础》第三版中国建筑工业出版社、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算,由于该计算过程是大量的重复计算,故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果,省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算,假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体,还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法:瑞典条分法; 条分块数:14; 考虑地下水位影响; 基坑外侧水位到坑顶的距离(m):2.000; 基坑内侧水位到坑顶的距离(m):6.000; 放坡参数:

序号放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 条分块数 1 2.00 3.00 1.00 0.00 2 3.00 4.00 1.00 0.00 荷载参数: 序号类型面荷载q(kPa) 基坑边线距离b0(m) 宽度b1(m) 1 满布 10.00 0.00 0.00 土层参数: 序号土名称土厚度(m) 坑壁土的重度γ(kN/m3) 坑壁土的内摩擦角φ(°) 内聚力C(kPa) 饱容重(kN/m3) 1 填土 7.00 18.00 20.00 10.00 22.00 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定,滑动面呈曲面,通常滑动面接近圆弧,可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条,从土条中任意取出第i条,不考虑其侧面上的作用力时,该土条上存在着: 1、土条自重, 2、作用于土条弧面上的法向反力, 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数,考虑安全储备的大小,按照《规范》要求,安全系数要满足>=1.3的要求。

《土力学》第十章习题及答案

《土力学》第十章习题及答案 第10章土坡和地基的稳定性 一、填空题 1.无粘性土坡的稳定性仅取决于土坡,其值越小,土坡的稳定性越。 2.无粘性土坡进行稳定分析时,常假设滑动面为面,粘性土坡进行稳定分析时,常假设滑动面为面。 3.无粘性土坡的坡角越大,其稳定安全系数数值越,土的内摩擦角越大,其稳定安全系数数值越。 4.当土坡坡顶开裂时,在雨季会造成抗滑力矩,当土坡中有水渗流时,土坡稳定安全系数数值。 二、名词解释 1.自然休止角 2.简单土坡 三、简答题 1.举例说明影响土坡稳定的因素有哪些? 2.位于稳定土坡坡顶上的建筑物,如何确定基础底面外边缘线至坡顶边缘线的水平距离? 四、单项选择题 1.某粘性土的内摩擦角?=5?,坡角β与稳定因数(N s=γh cr/c)的关系如下: β (?) 50 40 3020 N s7.0 7.9 9.2 11.7 当现场土坡高度H=3.9m,内聚力C=10kPa,土的重度γ=20kN/m3,安全系数K=1.5,土坡稳定坡角β为: (A)20? (B)30? (C)40? (D)50? 您的选项() 2.土坡高度为8 m,土的内摩擦角?=10?( N s=9.2),C=25kPa,γ=18kN/m3的土坡,其稳定安全系数为: (A)0.7 (B) 1.4 (C) 1.5 (D) 1.6 您的选项() 3.分析砂性土坡稳定时,假定滑动面为: (A)斜平面 (B)中点圆 (C)坡面圆 (D)坡脚圆 您的选项() 4.若某砂土坡坡角为200,土的内摩擦角为300,该土坡的稳定安全系数为: (A) 1.59 (B) 1.50

(C) 1.20 (D) 1.48 您的选项() 5.分析均质无粘性土坡稳定时,稳定安全系数K为: (A)K=抗滑力/滑动力 (B)K=滑动力/抗滑力 (C)K=抗滑力距/滑动力距 (D)K=滑动力距/抗滑力距 您的选项() 6.分析粘性土坡稳定时,假定滑动面为: (A)斜平面 (B)水平面 (C)圆弧面 (D)曲面 您的选项() 7. 由下列哪一种土构成的土坡进行稳定分析时需要采用条分法: (A)细砂土 (B)粗砂土 (C)碎石土 (D)粘性土 您的选项() 8.影响无粘性土坡稳定性的主要因素为: (A)土坡高度 (B)土坡坡角 (C)土的重度 (D)土的粘聚力 您的选项() 9.下列因素中,导致土坡失稳的因素是: (A)坡脚挖方 (B)动水力减小 (C)土的含水量降低 (D)土体抗剪强度提高 您的选项() 10.地基的稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算,规范GB50007规定: (A)M R / M S≥1.5 (B)M R / M S≤1.5 (C)M R / M S≥1.2 (D)M R / M S≤1.2 您的选项() 第10章土坡和地基的稳定性 一、填空题 1.坡角、稳定 2.斜平、圆筒 3. 小、大 4.减小、减小

《岩体力学》第九章边坡岩体稳定性

第九章边坡岩体稳定性 斜坡:倾斜的地面,是天然斜坡和人工边坡的总称。 边坡的分类: 自然边坡:天然的山坡和谷坡(地壳隆起或下降引起) 人工边坡:人工开挖、改造形成如采矿边坡、铁路公路路堑与路堤边 土质边坡 岩质边坡 本章主要讨论人工开挖的岩质边坡的稳定性。 岩质边坡稳定性分析方法: 1) 数学力学分析法(包括块体极限平衡法、弹性力学法和弹塑性力学分析法及有限 元法等) 2) 模型模拟试验法(相似材料模型试验、光弹试验法和离心模型试验) 3) 原位观测法 此外,还有破坏概率法、信息论方法及风险决策法等。 「、 稳定性系数 稳定性计算* 核心内容: 安全性系数(安全系数) 第一节 边坡岩体中的应力分布特征 一、应力分布特征 假定岩体为连续、均质、各向同性的介质,且不考虑时间效应的情况下 (1 )边坡面附近的主应力迹线明显偏转, 与坡面趋于平行,二3与坡面趋于正交, 而向坡体内逐渐恢复初始应力状态; (2 )坡面附近出现应力集中现象; (3) 坡面处的径向应力为零,故坡面岩体仅处于双向应力状态,向坡内逐渐转为三 向应力状态; (4) 因主应力偏转,坡体内的最大剪应力迹线由直线变为凹向坡面的弧线。 、影响边坡应力分布的因素 (1 )天然应力:h f,坡体内拉应力范围加大。 (2) 坡形、坡高、坡角及坡底宽度等,对边坡应力分布有一定的影响; 坡高f, 「、二3也大; 按成因分丿 按岩性分丿 坡等 Ko =K 允

坡角f,拉应力范围f,坡脚剪应力f。 (3)岩体性质及结构特征 变形模量E对边坡影响不大,□对边坡应力影响明显。 第二节边坡岩体的变形与破坏 一、边坡岩体变形破坏的基本类型 1?边坡变形的基本类型 根据其形成机理分为两种类型:卸荷回弹和蠕变变形。 2.边坡破坏的基本模型 四类,见教材P l77 1平面滑动:单平面滑动,双平面滑动,多平面滑动丄 2楔形状滑动剪切破坏以滑坡形式「3 )圆弧形滑动' (4 )倾倒破坏(以崩塌形成) 拉断破坏(以崩塌形式) 实际上,就是两种:滑坡和崩塌。 二、影响岩体边坡变形破坏的因素 1?岩性:岩体越坚硬,边坡不易破坏,反之,容易破坏(一般情况) 。 2.岩体结构:岩体结构控制着边坡的破坏形式及稳定程度。 3.水的作用:水的渗入,滑动力f;软化作用;产生动水压力和静水压力,不利于 边坡稳定。 4.风化作用:风化作用降彳氐f。 5.地形地貌:影响坡内的应力分布特征T影响边坡的变形破坏形成及稳定性。 6.地震:加速边坡破坏。 7.天然应力:、一h影响边坡拉应力及剪应力分布范围及大小。 8?人为因素:不合理设计、爆破、开挖或加载等等。

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