土力学与地基基础第9章 边坡稳定问题

第9章边坡稳定问题
9.1地球边坡的发展与演化
地球边坡各种各样，其发展与演化过程也是非常漫长和非常复杂的。本书主要探讨土坡的 稳定问题。所谓“土坡”是指具有倾斜坡面的土体，通常可分天然土坡和人工土坡等2大 类。天然土坡是由于地质作用而自然形成的土坡，比如山坡、江河岸坡等。人工土坡是指 经人工开挖的土坡和填筑的土工建筑物边坡，比如基坑、渠道、土坝、路堤、等。当土坡 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被称为简单土坡。由于土坡表 面倾斜，故在土体自重及外荷作用下其土体将会出现自上而下的滑动趋势，土坡上的部分 岩体或土体在自然或人为因素影响下沿某一明显界面发生剪切破坏而向坡下运动的现象被 称为滑坡。影响土坡滑动的因素复杂多变，土坡滑动的根本原因在于土体内部某个面上的 剪应力达到了其抗剪强度从而使其稳定平衡遭到破坏，导致土坡滑动失稳的原因可归纳为 以下2种，即外界荷载作用（或土坡环境变化）等导致土体内部剪应力大（比如路堑或基 坑的开挖；堤坝施工中上部填土荷重的增加；降雨导致土体饱和增加重度；土体内地下水 的渗流力；坡顶荷载过量；由于地震、打桩等引起的动力荷载；等）；外界各种因素影响 导致土体抗剪强度降低而促使土坡失稳破坏（比如超孔隙水压力的产生；气候变化产生的 干裂、冻融；粘土夹层因雨水等侵入而软化；粘性土蠕变导致的土体强度降低；等）。土 坡稳定性是高速公路、铁路、机场、高层建筑深基坑开挖以及露天矿井和土坝等土木工程 建设中十分重要的问题，土坡稳定性问题可通过土坡稳定分析解决但比较复杂、把握度不 高（原因是有待研究的不确定因素较多。比如滑动面形式的确定；土体抗剪强度参数的合 理选取；土的非均质性；土坡水渗流时的影响；等），故有待继续进行大量、深入、系统 的研究。
9.2边坡稳定分析的基本方法
9.2.1无粘性土坡的稳定性
抗滑力和滑动力的比值K称为稳定安全系数，即
可见，对均质无粘性土坡而言，从理论上讲，土坡的稳定性与坡高无关，只要坡 角小于土的内摩擦角（即β<φ，K>l）则土体就是稳定的，当坡角与土的内摩擦 角相等（β=φ）时（稳定安全系数K=l，此时抗滑力等于滑动力）则土坡处于极 限平衡状态（其相应的坡角等于无粘性土的内摩擦角，也被称之为自然休止角。 通常情况下，为保证土坡具有足够的安全储备可取K≥1.3~1.5）。当无粘性土坡 受到一定的渗流力作用时其坡面上渗流溢出处的单元土体除本身重量外还会受到 渗流力 作用（见图9-2-1之（b）），若渗流为顺坡出流则溢出处渗流及渗流力 方向与坡面平行（此时使土单元体下滑的剪切力为 ，且此时对单位土体而言其 土体自重G等于浮重度γ’），土坡的稳定安全系数变为
实际工程中常遇到非圆弧滑动面土坡稳定分析（比如土坡下面有软弱夹层或土 坡位于倾斜岩层面上，滑动面形状受夹层或硬层影响而呈非圆弧状。此时若采 用前述圆弧滑动面法分析就不再合理）问题，简布（N.Janbu）1954和1972给 出了非圆弧普遍条分法（GPS法）。简布条分法可满足所有静力平衡条件，但 推力线假定必须符合条间力合理性要求（即满足土条间不产生拉力和剪切破坏 要求）。简布条分法应用较广，其缺陷是某些情况下的计算结果有可能不收敛。
9.2.8粘性土中水渗流时的土坡稳定性
当土坡部分浸水时其水下土条的重力都应按饱和重度计算（同时还考虑滑动面 上的静孔隙水压力和作用在土坡坡面上的水压力）。若土坡两侧的水位不同则 水将由高的一侧向低的一侧产生渗流。由此可得考虑渗流力的毕肖普条分法分 析土坡稳定性安全系数的有效应力公式，即
9.2.9几个典型的地基稳定性问题
9.2.6粘性土坡顶开裂时的Biblioteka Baidu坡稳定性
其中，静水压力Pw；h0为坡顶开裂深度。
9.2.7粘性土土体抗剪强度指标及稳定安全系数的选择
土体抗剪强度指标的恰当选取是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要因素。对 任一给定的土体而言，不同试验方法测定的土体抗剪强度变化幅度会远超过不 同静力计算方法之间的差别（尤其是软粘土）。因此，测定土的抗剪强度时原 则上应使试验的模拟条件尽量符合现场土体的实际受力和排水条件，应保证试 验指标具有一定的代表性。
或
9.2.4粘性土土坡稳定性分析的毕肖普条分法
毕肖普（A·W·Bishop）1955年假定各土条底部滑动面上的抗滑安全系数均相等 （即等于整个滑动面的平均安全系数）而取单位长度土坡按平面问题进行计算 （见图9-2-5）。总体而言，毕肖普条分法考虑了土条两侧的作用力，计算结果比 较合理。
简化公式为
9.2.5粘性土土坡稳定分析的简布条分法
【例题1】 【解】
【例题2】 【解】
例题2图
泰勒图
【例题3】 【解】
例题3图
THE END
讲的不好，请大家多多提出批评！ 谢谢大家！
广义地基稳定性问题包括地基承载力不足而失稳、土木工程结构物基础在水平荷载 作用下的倾覆和滑动失稳、基础在水平荷载作用下连同地基一起滑动失稳、土坡坡 顶土木工程结构物地基失稳等。通常在下述3类情况下可能发生地基稳定性破坏， 即承受很大水平力或倾覆力矩的土木工程结构物（比如受风或地震作用的高层建筑 或高耸构筑物；承受拉力的高压线塔架基础及锚拉基础；承受水压力和土压力的挡 土墙、水坝、堤坝和桥台；等）；位于斜坡或坡顶上的土木工程结构物（由于荷载 作用或环境因素影响会造成部分或整个边坡失稳）；地基中存在软弱土层（或土层 下面有倾斜的岩层面、隐伏的破碎或断裂带；或有地下水渗流等）。
式（9-2-2）与式（9-2-1）比相差了γ’/γsat倍（此值约为1/2），故当坡面有顺 坡渗流作用时无粘性土坡的稳定安全系数将降低约一半。
9.2.2粘性土坡稳定性分析的特点
大量工程实践证明，粘性土坡因剪切而破坏的滑动面大多为一曲面，破坏前一般 在坡顶首先出现张力裂缝，然后沿某一曲面产生整体滑动。另外，滑动体沿纵向 也会有一定的范围且也是曲面，为简化分析人们习惯按条形平面应变问题对其进 行分析处理。粘性土坡常用的稳定分析方法有整体圆弧滑动法、条分法、稳定数 法等（包含总应力法或有效应力法）。
9.2.3粘性土土坡稳定分析的整体圆弧滑动法
对均质简单土坡可假定土坡失稳破坏时滑动面为一圆柱面，将滑动面以上土体视 为刚体并以其为脱离体，人们在分析了极限平衡条件下其上作用的各种力后认为 可以整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义土坡的稳定安全系数 K，即K=τf /τ，与以滑动面的最大抗滑力矩与滑动力矩之比来定义的K的结果完全 一致。
9.2.10提高边坡抗滑稳定性的方法
目前，为增加边坡的抗滑稳定性人们常采用以下5方面工程措施，即削掉一部分边 坡土体、减少土体的重量（这一方法比较经济实用）；降低地下水位、减小可能滑 动面上土体的孔隙水压力；在坡脚填土反压（比如深基坑开挖中的临时反压和支 撑）；在坡脚建造浅基础的建筑物、在坡顶建造深基础的建筑物（这种方法很有 效）；采用支挡结构进行支护（比如锚杆、土钉、板桩及挡土墙等）。