土坡稳定分析的几个问题
土坡稳定分析的几个问题2010-04-17 11：208.4.1土体抗剪强度指标和安全系数的选用
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远超
过不同静力计算方法之间的差别，尤其是软粘土。在进行粘性土坡的稳定性分
析时，不仅要求分析的方法合理，更重要的是如何选取土的抗剪强度指标及规
定恰当的安全系数，所以土体抗剪强度指标选取的正确与否是影响土坡稳定分
析成果可靠性的主要因素。在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，保证试验指标具有一定的代表性。如验算土坡施工结束时的稳定情况，若土坡施工速度较快，填土的渗透性较差，则土中孔隙水压力不易消散，这时宜采用快剪或三轴不排水剪试验指标，用总
应力法分析。如验算土坡长期稳定性时，应采用排水剪试验或固结不排水剪试
验强度指标，用有效应力法分析。
目前对于土坡稳定允许安全系数的取值，各部门尚无统-标准，考虑的角度也不尽相同，在工程中应根据计算方法、强度指标的测定方法综合选取，并应
结合当地已有实践经验加以确定。
表8-3为我国《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-1996)中给出的抗滑稳定安全系数和稳定分析方法及土的强度指标配合应用的规定。我
国《公路路基设计规范》(JTJ013-1995)规定，土坡的稳定安全系数宜采用
1.15~1.20，对高速、一级公路宜采用1.20~1.30。《国家建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)规定三至一级边坡的稳定安全系数为1.20~1.35。
表8-3抗滑稳定安全系数容许值(JTJ017-1996)
分析方法抗剪强度指标安全系数容许值备注总应力法快剪1.10应用时根据不同的分析方法采用相应的计算公式十字板剪1.20有效固结应力法快剪与固结快剪1.20十字板剪1.30毕肖普条分法有效剪1.40 8.4.2坡顶开裂时的土坡稳定性
如图8-12所示，由于土的收缩及张力作用，在粘性土坡的坡顶附近可能出现裂缝，雨水或相应的地表
水渗入裂缝后，将产生一静水压力为，它是促使土坡滑动的作用力，故在土坡稳定分析中应该考虑进去。
坡顶裂缝的开展深度h0可近似按档土墙后为粘性填土时，在墙顶产生的拉力区高度公式计算
图8-12坡顶开裂时的土坡稳定计算
式中--为朗肯主动土压力系数。
图8-13水渗流时的土坡稳定计算裂缝内因积水产生的静水压力对最危险滑动面圆心的力臂为Z。在按前述各种方法分析土坡稳定时，应考虑引起的滑动力矩，同时土坡滑动面的弧长也将由BD减短为BF。
8.4.3土中水渗流时的土坡稳定性
河滩路堤两侧水位不同时，水将由水位高的一侧向低的一侧渗流。有时河滩与沿河路堤当水位缓慢上涨而急剧下降时，路堤内的水将向外渗流。
如图8-13所示，边坡内水渗流所产生的渗流力，其方向指向边坡，它对边坡稳定是不利的。图中土坡，由于水位骤降，土坡内水向外渗流。已知浸润线(渗流水位线)为efg，滑动土体在浸润线以下部分(fgB)的面积为，作用在这一部分土体上的渗流力合力为。用条分法分析土体稳定时，土条i的重力计算，在浸润线以下部分应考虑水的浮力作用，采用浮重度，渗流力按下式计算
(8-15)
式中--作用在单位体积土体上的渗流力(KN/m3)；
--水的重度(KN/m3)；
--滑动土体在浸润线以下部分(fgB)的面积(m2)；
--在面积(fgBf)范围内的水头梯度平均值，可近似地假设等于浸润线两端fg连线的坡度。
渗流力的作用点在面积(fgB)的形心，其作用方向假定与fg线平行，对滑动面圆心的力臂为r。这样考虑渗流力后，毕肖普条分法分析土坡稳定安全系数的有效应力计算式可以写为
(8-16)
而总应力计算式为
(8-17)
8.5地基的稳定性分析
广义的地基稳定性问题包括地基承载力不足而失稳，经常作用有水平荷载的构筑物基础的倾覆和滑动失稳以及边坡失稳。这里仅对经常作用有水平荷裁的构筑物基础连同地基一起滑动的地基稳定性问题作简要介绍。
图8-14挡土墙连同地基一起滑动图8-15贯入软土层深处的圆弧滑动图8-14为挡土墙连同地基一起滑动的剖面图，滑动破坏面为圆弧滑动面，往往通过墙踵点(线)。取ADBC为隔离体，先求出作用于滑动体的力系，即可计算绕圆弧中心的滑动力矩和抗滑力矩，于是得出整体滑动的稳定安全系数
(8-18)
式中--分别为地基土的平均粘聚力标准值和平均内摩擦角标准值；
、--分别为挡土墙基底所承受的垂直分力标准值和水平分力标准值；
--为滑动圆弧的半径。
这是-个比较粗略的计算式子，为考虑土质的变化，还可采用类似于边坡稳定性分析的条分法求算稳定安全系数。这里假定的任一个圆心及其滑动面，不一定是最危险的圆弧滑动面，还必须通过试算求得一个最危险的圆弧滑动面。因此，基础连同地基一起滑动的稳定安全系数应是最危险的圆弧滑动面上各力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩之比值，其值≥1.2。
当挡土墙周围土体和地基都比较软弱时，地基失稳可能出现如图8-15所示贯入软土层深处的圆弧滑动面。同样，可采用类似于边坡稳定分析的条分法求算稳定安全系数。同理，也要运用试算法图8-16硬土层中非圆弧滑动Ep Ea才能求得最危险的圆弧滑动面和相应的稳定安全系数，且其值≥1.2。
图8-16所示的出现在硬土层底的非圆弧滑动面，是在超固结坚硬粘土层中挡土墙连同地基一起滑动破坏可能沿着倾斜度不大的软弱结构面。
作为近似计算，可简单地取abdc土体为隔离体。作用在ab和dc竖直面上的力，可假设分别等于被动和主动土压力。bd面为滑动平面，沿此滑动面上总的抗剪强度为
(8-19)
式中--土体abdc的自重(KN/m)；
--bd长度(m)和水平倾角(0)；
--硬粘土的粘聚力(Kpa)和内摩擦角(0)。
稳定安全系数为抗滑力与滑动力的比值
(8-20)
要求稳定安全系数不宜小于1.3。
思考及练习题
8-1影响土坡稳定的因素有哪些?何谓坡脚圆、中点圆及坡面圆，其产生的条件与土质、土坡形状及土层构造有何关系?
8-2砂性土土坡的稳定性只要坡角不超过其内摩擦角，坡高可不受限制，而粘性土坡的稳定性还同坡高有关，试分析其原因?
8-3土坡圆弧滑动面的整体稳定分析的原理是什么?如何确定最危险圆弧滑动面?
8-4掌握条分法的基本原理及计算步骤?对简单条分法、毕肖普法及简布法的异同进行比较。
8-5从土力学观点看，你认为土坡稳定计算的主要问题是什么?
8-6有一土坡坡高=5m，已知土的重度γ=19kN/m3，土的强度指标，要求土坡的稳定安全系数≥1.25，试用泰勒图表法(图8-7及8-8)确定土坡的容许坡角β值及最危险滑动面圆心位置。
8-7已知某工程基础开挖土坡，地表土的物理力学指标为，若取安全系数=1.4，试问：①将坡角做成β=50时，边坡的最大高度；①若挖方的开挖高度为6m，坡角最大能做成多大?
8-8某均质粘性土坡，=20m，坡比为1：2，填土重度，若取土条平均孔隙压力系数=0.6，即(式8-8)中=0.6Wi，试用简化的毕肖普条分法计算该土坡的稳定安全系数。
8-9砂砾土坡，其饱和重度内摩擦角，坡比为1：3，试问在干坡或完全浸水时，其稳定安全因数为多少?又问当有顺坡向渗流时土坡还能保持稳定吗?若坡比改成1：4，其稳定性又如何?
