土坡穩(wěn)定分析的幾個問題
土坡穩(wěn)定分析的幾個問題2010-04-17 11：208.4.1土體抗剪強度指標(biāo)和安全系數(shù)的選用
對任一給定的土體而言，不同試驗方法測定的土體抗剪強度變化幅度遠(yuǎn)超
過不同靜力計算方法之間的差別，尤其是軟粘土。在進(jìn)行粘性土坡的穩(wěn)定性分
析時，不僅要求分析的方法合理，更重要的是如何選取土的抗剪強度指標(biāo)及規(guī)
定恰當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，所以土體抗剪強度指標(biāo)選取的正確與否是影響土坡穩(wěn)定分
析成果可靠性的主要因素。在測定土的抗剪強度時，原則上應(yīng)使試驗的模擬條
件盡量符合現(xiàn)場土體的實際受力和排水條件，保證試驗指標(biāo)具有一定的代表性。如驗算土坡施工結(jié)束時的穩(wěn)定情況，若土坡施工速度較快，填土的滲透性較差，則土中孔隙水壓力不易消散，這時宜采用快剪或三軸不排水剪試驗指標(biāo)，用總
應(yīng)力法分析。如驗算土坡長期穩(wěn)定性時，應(yīng)采用排水剪試驗或固結(jié)不排水剪試
驗強度指標(biāo)，用有效應(yīng)力法分析。
目前對于土坡穩(wěn)定允許安全系數(shù)的取值，各部門尚無統(tǒng)-標(biāo)準(zhǔn)，考慮的角度也不盡相同，在工程中應(yīng)根據(jù)計算方法、強度指標(biāo)的測定方法綜合選取，并應(yīng)
結(jié)合當(dāng)?shù)匾延袑嵺`經(jīng)驗加以確定。
表8-3為我國《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017-1996)中給出的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和穩(wěn)定分析方法及土的強度指標(biāo)配合應(yīng)用的規(guī)定。我
國《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTJ013-1995)規(guī)定，土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)宜采用
1.15~1.20，對高速、一級公路宜采用1.20~1.30。《國家建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2002)規(guī)定三至一級邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.20~1.35。
表8-3抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)容許值(JTJ017-1996)
分析方法抗剪強度指標(biāo)安全系數(shù)容許值備注總應(yīng)力法快剪1.10應(yīng)用時根據(jù)不同的分析方法采用相應(yīng)的計算公式十字板剪1.20有效固結(jié)應(yīng)力法快剪與固結(jié)快剪1.20十字板剪1.30畢肖普條分法有效剪1.40 8.4.2坡頂開裂時的土坡穩(wěn)定性
如圖8-12所示，由于土的收縮及張力作用，在粘性土坡的坡頂附近可能出現(xiàn)裂縫，雨水或相應(yīng)的地表
水滲入裂縫后，將產(chǎn)生一靜水壓力為，它是促使土坡滑動的作用力，故在土坡穩(wěn)定分析中應(yīng)該考慮進(jìn)去。
坡頂裂縫的開展深度h0可近似按檔土墻后為粘性填土?xí)r，在墻頂產(chǎn)生的拉力區(qū)高度公式計算
圖8-12坡頂開裂時的土坡穩(wěn)定計算
式中--為朗肯主動土壓力系數(shù)。
圖8-13水滲流時的土坡穩(wěn)定計算裂縫內(nèi)因積水產(chǎn)生的靜水壓力對最危險滑動面圓心的力臂為Z。在按前述各種方法分析土坡穩(wěn)定時，應(yīng)考慮引起的滑動力矩，同時土坡滑動面的弧長也將由BD減短為BF。
8.4.3土中水滲流時的土坡穩(wěn)定性
河灘路堤兩側(cè)水位不同時，水將由水位高的一側(cè)向低的一側(cè)滲流。有時河灘與沿河路堤當(dāng)水位緩慢上漲而急劇下降時，路堤內(nèi)的水將向外滲流。
如圖8-13所示，邊坡內(nèi)水滲流所產(chǎn)生的滲流力，其方向指向邊坡，它對邊坡穩(wěn)定是不利的。圖中土坡，由于水位驟降，土坡內(nèi)水向外滲流。已知浸潤線(滲流水位線)為efg，滑動土體在浸潤線以下部分(fgB)的面積為，作用在這一部分土體上的滲流力合力為。用條分法分析土體穩(wěn)定時，土條i的重力計算，在浸潤線以下部分應(yīng)考慮水的浮力作用，采用浮重度，滲流力按下式計算
(8-15)
式中--作用在單位體積土體上的滲流力(KN/m3)；
--水的重度(KN/m3)；
--滑動土體在浸潤線以下部分(fgB)的面積(m2)；
--在面積(fgBf)范圍內(nèi)的水頭梯度平均值，可近似地假設(shè)等于浸潤線兩端fg連線的坡度。
滲流力的作用點在面積(fgB)的形心，其作用方向假定與fg線平行，對滑動面圓心的力臂為r。這樣考慮滲流力后，畢肖普條分法分析土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的有效應(yīng)力計算式可以寫為
(8-16)
而總應(yīng)力計算式為
(8-17)
8.5地基的穩(wěn)定性分析
廣義的地基穩(wěn)定性問題包括地基承載力不足而失穩(wěn)，經(jīng)常作用有水平荷載的構(gòu)筑物基礎(chǔ)的傾覆和滑動失穩(wěn)以及邊坡失穩(wěn)。這里僅對經(jīng)常作用有水平荷裁的構(gòu)筑物基礎(chǔ)連同地基一起滑動的地基穩(wěn)定性問題作簡要介紹。
圖8-14擋土墻連同地基一起滑動圖8-15貫入軟土層深處的圓弧滑動圖8-14為擋土墻連同地基一起滑動的剖面圖，滑動破壞面為圓弧滑動面，往往通過墻踵點(線)。取ADBC為隔離體，先求出作用于滑動體的力系，即可計算繞圓弧中心的滑動力矩和抗滑力矩，于是得出整體滑動的穩(wěn)定安全系數(shù)
(8-18)
式中--分別為地基土的平均粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值和平均內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；
、--分別為擋土墻基底所承受的垂直分力標(biāo)準(zhǔn)值和水平分力標(biāo)準(zhǔn)值；
--為滑動圓弧的半徑。
這是-個比較粗略的計算式子，為考慮土質(zhì)的變化，還可采用類似于邊坡穩(wěn)定性分析的條分法求算穩(wěn)定安全系數(shù)。這里假定的任一個圓心及其滑動面，不一定是最危險的圓弧滑動面，還必須通過試算求得一個最危險的圓弧滑動面。因此，基礎(chǔ)連同地基一起滑動的穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)是最危險的圓弧滑動面上各力對滑動中心所產(chǎn)生的抗滑力矩與滑動力矩之比值，其值≥1.2。
當(dāng)擋土墻周圍土體和地基都比較軟弱時，地基失穩(wěn)可能出現(xiàn)如圖8-15所示貫入軟土層深處的圓弧滑動面。同樣，可采用類似于邊坡穩(wěn)定分析的條分法求算穩(wěn)定安全系數(shù)。同理，也要運用試算法圖8-16硬土層中非圓弧滑動Ep Ea才能求得最危險的圓弧滑動面和相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)，且其值≥1.2。
圖8-16所示的出現(xiàn)在硬土層底的非圓弧滑動面，是在超固結(jié)堅硬粘土層中擋土墻連同地基一起滑動破壞可能沿著傾斜度不大的軟弱結(jié)構(gòu)面。
作為近似計算，可簡單地取abdc土體為隔離體。作用在ab和dc豎直面上的力，可假設(shè)分別等于被動和主動土壓力。bd面為滑動平面，沿此滑動面上總的抗剪強度為
(8-19)
式中--土體abdc的自重(KN/m)；
--bd長度(m)和水平傾角(0)；
--硬粘土的粘聚力(Kpa)和內(nèi)摩擦角(0)。
穩(wěn)定安全系數(shù)為抗滑力與滑動力的比值
(8-20)
要求穩(wěn)定安全系數(shù)不宜小于1.3。
思考及練習(xí)題
8-1影響土坡穩(wěn)定的因素有哪些?何謂坡腳圓、中點圓及坡面圓，其產(chǎn)生的條件與土質(zhì)、土坡形狀及土層構(gòu)造有何關(guān)系?
8-2砂性土土坡的穩(wěn)定性只要坡角不超過其內(nèi)摩擦角，坡高可不受限制，而粘性土坡的穩(wěn)定性還同坡高有關(guān)，試分析其原因?
8-3土坡圓弧滑動面的整體穩(wěn)定分析的原理是什么?如何確定最危險圓弧滑動面?
8-4掌握條分法的基本原理及計算步驟?對簡單條分法、畢肖普法及簡布法的異同進(jìn)行比較。
8-5從土力學(xué)觀點看，你認(rèn)為土坡穩(wěn)定計算的主要問題是什么?
8-6有一土坡坡高=5m，已知土的重度γ=19kN/m3，土的強度指標(biāo)，要求土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)≥1.25，試用泰勒圖表法(圖8-7及8-8)確定土坡的容許坡角β值及最危險滑動面圓心位置。
8-7已知某工程基礎(chǔ)開挖土坡，地表土的物理力學(xué)指標(biāo)為，若取安全系數(shù)=1.4，試問：①將坡角做成β=50時，邊坡的最大高度；①若挖方的開挖高度為6m，坡角最大能做成多大?
8-8某均質(zhì)粘性土坡，=20m，坡比為1：2，填土重度，若取土條平均孔隙壓力系數(shù)=0.6，即(式8-8)中=0.6Wi，試用簡化的畢肖普條分法計算該土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。
8-9砂礫土坡，其飽和重度內(nèi)摩擦角，坡比為1：3，試問在干坡或完全浸水時，其穩(wěn)定安全因數(shù)為多少?又問當(dāng)有順坡向滲流時土坡還能保持穩(wěn)定嗎?若坡比改成1：4，其穩(wěn)定性又如何?
