土坡稳定性分析

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７　ＮＯ　１４　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｅｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｓｕｌ　丽　高新技术　土坡稳定性分析　李玉胜袁胜佳王大勇　（哈尔滨学院）　摘要：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。土坡稳定性分析由于土体的复杂性目前　理论计算方法较多本文介绍了目前常用的方法及注意事项。　关键词：失稳原因　稳定性　总应力法　稳定分析　中图分类号：ＴＰｌ　８３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—０５３４（２００７）０５（ｂ）一００３ｌ一０ｌ　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　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　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，　超过土体平衡条件时，土坡便发生失稳现　象。　１．１产生滑动的内部因素　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。　１、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。　２粘性土坡稳定性分析　２．１瑞典圆弧法　这个方法首先是由瑞典的彼得森所提　，故称瑞典圆弧法。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　２瑞典条分法　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，对于由　＞０的粘性土坡，特别是土坡为多层土层构　成时，求Ｗ的大４４ａ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　圆心的抗滑力矩和滑动力矩，各取其总和，　抗剪力增大到峰值强度，随后降至残余值，　计算安全系数，这即为条分法的基本原理。　特别是粘聚力下降较大，甚至接近于零，这　该法也假定各土条为刚性不变形体，不考虑　些特形对土坡稳定性有很大影响。　土条两侧面间的作用力。　４．２关于圆弧滑动法　２．３毕肖普法　该法把滑动面简单地当做圆弧，并认为　毕肖普法提出的土坡稳定系数的含义是　滑动土体是刚性的，没有考虑分条之间的推　整个滑动面上土的抗剪强度ｔｆ与实际产生剪　力，或只考虑分条间水平推力（毕肖普公　应力Ｔ的比，即Ｋ＝ｔｆ／ｔ，并考虑了各土　式），故计算结果不能完全符合实际，但由于　条侧面问存在着作用力。　计算概念明确，且能分析复杂条件下土坡稳　２，４泰勒图表法　定性，所以在各国实践中普遍使用。由均质粘　土坡稳定分析大都需要经过试算，计算　土组成的土坡，该方法可使用，但由非均质粘　工作量很大，因此，曾有不少人寻求简化的　土组成的土坡，如坝基下存在软弱夹层或土　图表法。泰勒（Ｔａｙｌｏｒ）根据计算资料整理得　石坝等，其滑动面形状发生很大变化，应根据　到的极限状态时均质土坡内摩擦角　，坡角　具体情况，采用非圆弧法进行计算比较。不论　ｄ与稳定因数Ｎ＝Ｃ／ｖ　Ｈ之间关系曲线（Ｃ　用哪一种方法．都必须考虑渗流的作用。　是粘聚力，ｙ是重度，Ｈ是土坡高度）。　４．３土的抗剪强度指标选用问题　２．５有限元法　选用的土抗剪强度指标是否合理，对土　基本思路：上述方法都是把滑动土体切　坡稳定性分析结果有密切关系，如果使用过　成有限宽度的土体，把土体当成刚体，根据静　高的指标值来设计土坝，就有发生滑坡的可　力平衡条件和极限平衡条件求得滑动面上力　能。因此，应尽可能结合边坡实际加荷情　的分布，从而可计算出稳定安全系数。但由于　况，填料性质和排水条件等，去合理选用土　土体是变形体，并不是刚体，用分析刚体的办　的抗剪强度指标。　法，不满足变形协调条件，因而计算出滑动面　４，４安全系数选用问题　上的应力状态不可能是真实的，有限元法就　从理论上讲，处于极限平衡状态的土　是把土坡当成变形体，按照土的变形特性，计　坡，其安全系数Ｋ：ｌ，所以：若设计土坡时　算出土坡内的应力分布，然后再引入圆弧滑　的Ｋ＞Ｉ，就应满足稳定要求，但实际工程中，　动面的概念，验算滑动土体的整体抗滑稳定　有些土坡安全系数虽大于ｌ，还是发生了滑　性。　动；而有些土坡安全系数小于Ｉ，却是稳定的。　这是因为影响安全系数的因素很多，如抗剪　３边坡稳定分析的总应力法和有效应力法　强度指标的选用、计算方法的选择、计算条件　由于许多情况下土体内存在孔隙水压　的选择等。目前对土坡稳定容许安全系数的　力，因此，在讨论边坡稳定计算方法中，作用　数值，各部门尚无统一标准，选用时要注意计　在滑动土体上的力是用总应力表示还是用有　算方法、强度指标和容许安全系数必须相互　效应力表示，这是一个十分重要的问题。　配合，并要根据工程不同情况，结合当地已有　当土坡中因某种原因存在孔隙水压力，　经验加以确定。　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　Ｔｆｉ＝Ｎｉｔｇ　计算，这就是总应力法。　４土坡稳定分析的几个问题讨论　４　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干１，表面上看　科技咨询导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｈｅｒａｌｄ　３