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⼟坡稳定性分析计算⽅法第五章⼟压⼒和⼟坡稳定（7学时）内容提要1．挡⼟墙的⼟压⼒ 2．朗肯⼟压⼒理论 3．库仑⼟压⼒理论 4．挡⼟结构设计简介 5. ⼟坡的稳定性分析能⼒培养要求1．⽤朗肯理论计算均质⼟的主动⼟压⼒与被动⼟压⼒。
2．⽤朗肯理论计算常见情况下的主动⼟压⼒。
3．⽤库仑理论计算⼟的主动与被动⼟压⼒。
4．会分析挡⼟墙的稳定性，简单挡⼟结构设计。
5．⽆粘性⼟坡的稳定分析。
6．⽤条分法对粘性⼟⼟坡进⾏的稳定分析。
7．会分析⼟坡失稳的原因，提出合理的措施。
教学形式教师主讲、课堂讨论、学⽣讲评、提问答疑、习题分析等第⼀节挡⼟墙的⼟压⼒教学⽬标1．掌握三种⼟压⼒的概念。
2．掌握静⽌⼟压⼒计算。
教学内容设计及安排【基本内容】⼀、挡⼟墙的位移与⼟体的状态⼟压⼒的类型⼟压⼒（kN/m ）??→?→?→?如桥墩墙推⼟被动⼟压⼒如⼀般的重⼒式挡⼟墙⼟推墙主动⼟压⼒如地下室侧墙墙不动静⽌⼟压⼒p a E E E 01．静⽌⼟压⼒——挡⼟墙在⼟压⼒作⽤下不发⽣任何变形和位移（移动或转动）墙后填⼟处于弹性平衡状态，作⽤在挡⼟墙背的⼟压⼒。
2．主动⼟压⼒——挡⼟墙在⼟压⼒作⽤下离开⼟体向前位移时，⼟压⼒随之减少。
当位移⾄⼀定数值时，墙后⼟体达到主动极限平衡状态。
此时，作⽤在墙背的⼟压⼒称为主动⼟压⼒。
3．被动⼟压⼒——挡⼟墙在外⼒作⽤下推挤⼟体向后位移时，作⽤在墙上的⼟压⼒随之增加。
当位移⾄⼀定数值时，墙后⼟体达到被动极限平衡状态。
此时，作⽤在墙上的⼟压⼒称为被动⼟压⼒。
【讨论】△a<<△p ， E a⼆、⼟压⼒的计算简化处理——作⽤在挡⼟结构物背⾯上的静⽌⼟压⼒可视为天然⼟层⾃重应⼒的⽔平分量。
如图所⽰，在墙后填⼟体中任意深度z处取⼀微⼩单元体，作⽤于单元体⽔平⾯上的应⼒为γz ，则该点的静⽌⼟压⼒，即侧压⼒强度为：p 0＝K 0γz （kPa ） K 0——⼟的侧压⼒系数，即静⽌⼟压⼒系数：静⽌⼟压⼒系数的确定⽅法??'采⽤经验值—较适合于砂⼟—－＝采⽤经验公式：—较可靠—测定通过侧限条件下的试验sin 10K由上式可知，静⽌⼟压⼒沿墙⾼为三⾓形分布，如图所⽰，取单位墙长计算，则作⽤在墙上的静⽌⼟压⼒为（由⼟压⼒强度沿墙⾼积分得到）E 0＝0221K h γ（kN/m ）——静⽌⼟压⼒分布图⾯积如图所⽰⼟压⼒作⽤点——距墙底h/3处（可⽤静⼒等效原理求得）静⽌⼟压⼒的应⽤隧道涵洞侧墙底版连成整体）⽔闸、船闸边墙（与闸拱座（没有位移）岩基上的挡⼟墙地下室外墙【讨论】如果墙后有均布荷载q ，怎样求静⽌⼟压⼒？第⼆节朗肯⼟压⼒理论教学⽬标掌握朗肯⼟压⼒理论的原理与假定，并能计算各种情况下的主动、被动⼟压⼒。
土的力学性质指标1．压缩系数土的压缩性通常用压缩系数（或压缩模量）来表示，其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算：21211000p p e e a --⨯= （1-1） 式中 1000——单位换算系数；a ——土的压缩系数（MPa -1）；p 1、p 2——固结压力（kPa ）：e 1、e 2——相对应于p 1、p 2时的孔隙比。
评价地基压缩性时，按p 1为100kPa ，p 2为200kPa ，相应的压缩系数值以a 1-2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a 1-2＜0.1MPa -1时，为低压缩性土；（2）当0.1≤a 1-2＜0.5MPa -1时，为中压缩性土；（3）当a 1-2≥0.5MPa -1时，为高压缩性土。
2．压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量E s 作为土的压缩性指标。
压缩模量按下式计算：ae E s 01+= （1-2） 式中 Es ——土的压缩模量（MPa ）；e 0——土的天然（自重压力下）孔隙比；a ——从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数（MPa -1）。
用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性可按表1-1规定。
地基土按E s 值划分压缩性等级的规定 表1-13．抗剪强度土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度，一般用室内直剪、原位直剪、三轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法进行测定。
它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。
（1）抗剪强度计算土的抗剪强度一般按下式计算：τf＝σ·tgφ＋c（1-3）式中τf——土的抗剪强度（kPa ）；σ——作用于剪切面上的法向应力（kPa）；φ——土的内摩擦角（°），剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角；c——土的粘聚力（kPa），剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度，砂类土c＝0。
（2）土的内摩擦角φ和粘聚力c的求法同一土样切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后，用相同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度τ与法向应力σ的相关直线，直线交τ值的截距却为土的粘聚力c，砂土的c=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图6-1。
1、围堰断面边坡安全稳定校核
由于收纳区围堰分为两种，取其中稳定性最差的边坡比为1：1边坡进行安全稳定校核。
（1）、土层参数：围堰采用分层堆积土堤，土质与现场天然土质接近，故计算时采用的是淤泥质土（夹细砂）的力学指标：
（2）、计算围堰的容许高度H，并判断围堰边坡的稳定状态。
根据洛巴索夫的土坡稳定计算图，查得稳定系数N=0.10
由N=C/γH
可得H=10.9/（0.1*16.8）=6.5m〉3m，故判断围堰坡比为1：1的边坡是稳定的。
洛巴索夫的土坡稳定计算图
2、围堰地基承载力校核
鉴于外纳区所在地存在较多积水区域，计算时选用淤泥质土（夹细砂）的力学指标进行，计算时以满载时荷载：
（1）地基承载力：P=γH=16.8*3=50.4Kpa
（2）淤泥质土的设计允许承载力[P]=60 Kpa～90 Kpa
实际作用满载时的荷载P=50.4 Kpa
[P]=60 Kpa～90 Kpa>1.1*P=50.4*1.1=55.44 Kpa，满足要求。
土方开挖及土坡稳定性计算书本工程的土质为上层2M为中密回填土，中层为约2M的淤泥质土层，下部为可朔性粘土。
开挖深度为6M，采取分层放坡方式开挖，在底部设600mm宽砖砌排水明沟，积水明排，考虑施工时节的降雨影响，土坡采用水泥砂浆护坡，护坡随开挖进度施工，护坡未施工完成时土坡必须进行遮盖。
开挖时注意市政管网及暗浜对开挖面的影响，充分考虑地下水位高度。
以下是土坡稳定性计算。
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)：0.000；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)1 3.00 3.00 2.002 3.00 3.00 2.00荷载参数：序号类型面荷载q(kPa) 基坑边线距离b1(m) 宽度b0(m)1 局布 3.00 1 12 满布 3.00 -- --土层参数：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。
第七章：土坡的稳定性分析关于土坡分析时的几个名词砂性土的土坡稳定分析现有一砂性土土坡，剖面如图所示,其上有一个砂土粒，自重为W ，自重在垂直于坡面方向的分力为G .cos α，沿着坡面方向分力G . sin α，土粒在自重作用下沿坡面下滑，土粒与坡面之间的摩擦力阻止下滑；按力学概念抗滑移力：S=N.tan ϕ=W.cos α.tan ϕ滑移力：T=W.sin α两者的比值为滑移稳定安全系数。
K 稳定安全系数：当 K>1时 稳定 即ϕ>aK<1时 失稳 即ϕ<a K=1时 临界状态 即ϕ=a结论：也就是说，砂性土的土坡稳定与否与坡高H 无关，仅取决于土的内摩擦角ϕ和坡角α的比值。
粘性土土坡稳定分析——------瑞典条分法设有一粘性土土坡，按比例画出土坡剖面如图，任选一点o 为圆心，过坡脚A 作圆弧AC ，设土坡沿AC 弧滑动；将AC 弧上的土体分成n 个宽度相等的小土条。
取出其中的第i 个小土条，进行受力分析，第i 个小土条共受有： 1.土条自重Wi ，方向向下，作用在小土条形心处, 其值等于r*∆V ，其中的r 为第i 个小土条土的容重，∆Vi 为第i 个小土条体积，在该土条宽度内有外荷载Q i 时，还应加上外荷载Q i ， 2.左右两个侧面上的作用力H i 、E i 、H i+1和E i+1。
3.滑动面上的力N i 和抗剪强度S i :其中N i = (W i +Q i )*cos i α，S i = N i * tan φi + c i *∆L i c i ～第i 个小土条土的内聚力，ΔL i ～第i 个小土条的弧长，αi ～第i 个小土条中点处切线的水平倾角当土条宽度较小时，可忽略土条侧面上的作用力H i 、E i 、H i+1和E i+1；此时，土条上各力对圆心点Ｏ的抗滑力矩Ｍsi 和滑移力矩M i 分别为:Ｍsi = R *S i = R *( N i * tanφi +c i ∆L i )，M i =R* W i *sin i α。
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。
