土力学9土坡稳定分析

佳木斯职业学院学报2019年第11期总第204期No.11. 2019Sum 204土坡是具有倾斜坡面的土体。

地质作用形成天然土坡、人工开挖或回填形成人工土坡。

自然土坡与人造边坡的垮塌是经常发生的工程事故。

1999年，中国建筑工业出版社出版了曾宪明等撰写的专著《基坑与边坡事故警示录》，这本专著记录了243起基坑与人造边坡工程失事实例。

土坡稳定分析是《土力学》课程的重要内容，土坡稳定分析的条分法是土坡稳定分析的一种经典算法，目前仍被普遍应用，也是教学的重点和难点。

条分法是先假定可能的滑裂面，然后将滑动土体竖直划分成若干土条，把各土条当成刚体，分别求出各土条相对于滑动圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后求出土坡的稳定安全系数。

土坡的稳定问题是一个高次超静定问题，无法直接求解。

一般通过各种假设以减少未知量个数来实现土坡稳定性分析。

无论是瑞典条分法、Bishop 条分法还是简布法，都涉及最危险滑动圆弧的搜索。

只有找出最危险滑动面，并计算其安全系数才能判断土坡的稳定性。

值得注意的是，条分法是通过试算确定最危险滑动面，计算的滑动圆弧越多，搜索到真正的最危险滑动面的概率就越大。

在搜索最危险滑动面的过程中，每确定一个新的滑动圆弧，都需要重新分条，并计算滑动力矩和抗滑力矩之比，确定安全系数，工作量相当浩繁。

随着技术的进步，岩土工程计算分析软件在土木工程的设计、施工和教学过程中的作用日益突出。

将岩土工程分析软件运用到土力学的教学过程中，不仅可以提升教学效果，还可以培养学生应用软件的能力，实现课堂教学与工程实践的对接。

当前岩土工程软件在土力学教学中的应用并不多，本文尝试用SLIDE 边坡分析软件来优化土力学边坡稳定分析的教学过程，探讨岩土工程软件在教学中的应用，以求抛砖引玉，探索土力学教学改革方法。

一、条分法的基本步骤条分法是建立在刚体极限平衡的理论之上的土坡稳定性分析方法。

该方法通过试算来搜索土坡的最危险滑动面，利用最危险滑动面的安全系数来判断土坡的稳定性。

1、粒度：土粒的大小2、粒组：一定粒度范围的土粒3、颗粒级配：粒组相对含量，即各粒组质量占土粒总质量百分比4、粒径累计曲线：横坐标为粒径对数坐标，纵坐标为小于或大于某一粒径土重（累计百分比）含量。

5、限制，中值，有效粒径：小于某粒径累计百分比的60,30，10％6、不均匀系数：粒组分布情况，反应土粒均匀程度7、结合水：受电分子引力影响吸附在土粒表面的自由水8、强结合水：紧靠在土粒表面的结合水膜；弱结合水：紧靠在强结合水外围的结合水膜9、自由水：存在于电分子引力范围以外的水10、重力水：地下水位以下的透水层中的地下水11、毛细水：在地下水位上，受水与空气交界面表面张力的自由水12、毛细压力：由于弯液面张力与土粒表面的侵润作用，使毛细弯液面切线反向产生使土挤紧的力13、比表面：单位体积颗粒总表面积14、土的结构：土粒单元体大小，矿物成分，形状，相互排列和连接关系，以及土中水的性质，空隙等因素形成的综合特征15、土的组构：同一土层中的物质和颗粒大小等相似的各部分之间的关系，表征土的层理，裂隙16、单粒，蜂窝，絮状：粗大颗粒形成，有稳定的空间位置，粉粒或细砂组成，引力大于重力，土粒停留在最初的接触点不在下沉，细小黏粒构成，能在土中长期悬浮1、相对密度：土粒质量与4°时纯水质量之比2、含水量：水的质量与土质量之比3、密度：土体单位体积的质量4、干密度：土中固体颗粒部分质量5、饱和密度：充满水时的单位体积质量6、浮密度：地下水位以下土粒质量与同体积水质量只差7、重度：土的重力密度称为重度8、孔隙比：空隙体积与土粒体积比9、孔隙率：空隙体积与总体积之比10、饱和度：水体积与空隙体积之比11、可塑状态：粘性土在某含水量范围内，可由外力朔成任何形状而不发生裂纹，外力移去后任可保持既得形状，这种性能也叫可塑性\12、液限：土由可朔状态到流动状态的界限含水量13、朔限：土由可朔状态到半固态的界限含水量14、缩限：土由半固态不断蒸发水分，体积不断缩小直到，体积不再缩小时的界限含水量15、朔性指数：液与朔差16、液性指数：天然含水量与朔限的差与朔性指数的比17、天然稠度：原状土样的液限和天然含水量的差与朔性指数的比18、土的灵敏度：原状土强度与重塑土强度之比19、触变性：粘性土强度随时间恢复的胶体化学性质12、弹性模量：无侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。

一．填空题1．根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为、和被动土压力三种。

2．在相同条件下，产生主动土压力所需的墙身位移量△a与产生被动土压力所需的墙身位移量△p的大小关系是。

3．根据朗肯土压力理论，当墙后土体处于主动土压力状态时，表示墙后土体单元应力状态的应力圆与土体抗剪强度包线的几何关系是。

4. 挡土墙墙后土体处于朗肯主动土压力状态时，土体剪切破坏面与竖直面的夹角为；当墙后土体处于朗肯被动土压力状态时，土体剪切破坏面与水平面的夹角为。

5．当挡土墙墙后填土面有均布荷载q作用时，若填土的重度为γ，则将均布荷载换算成的当量土层厚度为。

6．当墙后填土有地下水时，作用在墙背上的侧压力有土压力和两部分。

7．当墙后无粘性填土中地下水位逐渐上升时，墙背上的侧压力产生的变化是。

8．当挡土墙承受静止土压力时，墙后土体处于应力状态。

9．挡土墙在满足的条件下，库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的。

10．墙后填土面倾角增大时，挡土墙主动土压力产生的变化是。

11．库仑理论假定墙后土体中的滑裂面是通过的平面。

12．常用挡土墙型式包括挡土墙、挡土墙、挡土墙、锚杆式挡土墙、加筋土挡土墙等。

13．对于均质无粘性土坡，理论上土坡的稳定性只与坡角和内摩擦角有关，与坡高无关。

14．瑞典条分法稳定安全系数是指和之比。

15．无黏性土坡在自然稳定状态下的极限坡角，称为。

17．载荷试验的曲线形态上，从线性开始变成非线性关系时的界限荷载称为。

18．在变形容许和维系稳定的前提下，单位面积的地基所能承受荷载的能力称为。

19．地基中将要而未出现塑性变形时的地基压力称为，常用表示。

20．当地基土体中的塑性变形区充分发展并形成连续贯通的滑移面时，地基所能承受的最大荷载称为。

二.选择题1．按挡土墙结构特点，下列类型挡土墙属于重力式挡土墙的是( ) 。

A．石砌衡重式挡土墙B．钢筋混凝土悬臂式挡土墙C．柱板式挡土墙；D．锚定板式挡土墙2．在相同条件下，主动土压力E a与被动土压力E p的大小关系是( )。

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。

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。

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。