土坡稳定分析(土力学实验)

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第八章 土坡稳定分析,8.1无粘性土土坡稳定分析,8.2粘性土土坡稳定分析,8.3土坡稳定分析中有关问题,主要内容,土坡稳定概述,天然土坡,人工土坡,由于地质作用而自然形成的土坡,在天然土体中开挖或填筑而成的土坡,山坡、江河岸坡,路基、堤坝,坡底,坡脚,坡角,坡顶,坡高,土坡稳定分析问题,滑坡,有限长的滑坡,半无限长的滑坡,3.1 无粘性土坡稳定分析,一、一般情况下的无粘性土土坡,T,T,均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力,只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的,单元体稳定,T,T,土坡整体稳定,N,W,W,T,T,N,稳定条件：,T,T,砂土的内摩擦角,抗滑力与滑动力的比值,安全系数,二、有渗流作用时的无粘性土土坡分析,稳定条件：,T,T,+,J,W,T,T,N,J,顺坡出流情况:,/ ,sat,1/2，,坡面有顺坡渗流作用时，无粘性土土坡稳定安全系数将近降低一半,三、例题分析,【例】,均质无粘性土土坡，其饱和重度,sat,=20.0kN/m,3,内摩擦角,=30,若要求该土坡的稳定安全系数为1.20，在干坡情况下以及坡面有顺坡渗流时其坡角应为多少度？,W,T,T,N,干坡或完全浸水情况,顺坡出流情况,渗流作用的土坡稳定比无渗流作用的土坡稳定，坡角要小得多,W,T,T,N,J,3.2 粘性土土坡稳定分析,一、瑞典圆弧滑动法,N,f,W,R,O,B,d,假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况：,滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比,饱和粘土，不排水剪条件下，,u,0，,f,c,u,C,A,粘性土土坡滑动前，坡顶常常出现竖向裂缝,C,R,d,B,A,W,f,O,N,A,z,0,深度近似采用土压力临界深度,裂缝的出现将使滑弧长度由,AC,减小到,A,C,，,如果裂缝中积水，还要考虑静水压力对土坡稳定的不利影响,F,s,是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数,假定若干滑动面,最小安全系数,最危险滑动面圆心的确定,1,2,R,O,B,A,对于均质粘性土土坡，其最危险滑动面通过坡脚,=0,圆心位置由,1,，,2,确定,O,B,1,2,A,H,E,2H,4.5H,F,s,0,圆心位置在,EO,的延长线上,二、条分法,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,对于外形复杂、,0的粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析,各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩,滑动土体分为若干垂直土条,土坡稳定安全系数,条分法分析步骤,I,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,1.按比例绘出土坡剖面,2.任选一圆心,O,，,确定滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条,3.每个土条的受力分析,c,d,b,a,l,i,X,i,P,i,X,i+1,P,i+1,N,i,T,i,W,i,静力平衡,假设两组合力(,P,i,，X,i,) (,P,i1,，X,i1,),条分法分析步骤,4.滑动面的总滑动力矩,5.滑动面的总抗滑力矩,6.确定安全系数,a,b,c,d,i,i,O,C,R,A,B,H,c,d,b,a,l,i,X,i,P,i,X,i+1,P,i+1,N,i,T,i,条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行计算，求最小的安全系数,三、例题分析,【例】,某土坡如图所示。已知土坡高度,H,=6m，,坡角,=55，土的重度,=18.6,kN/m,3,，,内摩擦角,=12，粘聚力,c,=16.7kPa。,试用条分法验算土坡的稳定安全系数,分析:,按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧,将滑动土体分成若干土条，对土条编号,量出各土条中心高度,h,i,、,宽度,b,i,，,列表计算,sin,i,、cos,i,以及土条重,W,i,，计算该圆心和半径下的安全系数,对圆心,O,选不同半径，得到,O,对应的最小安全系数；,在可能滑动范围内，选取其它圆心,O,1,，O,2,，O,3,，,重复上述计算，求出最小安全系数，即为该土坡的稳定安全系数,计算,按比例绘出土坡，选择圆心，作出相应的滑动圆弧,取圆心,O,，,取半径,R,= 8.35m,将滑动土体分成若干土条，对土条编号,列表计算该圆心和半径下的安全系数,0.601.802.853.754.103.051.50,1 1 1 1 1 1 1.15,11.1633.4853.0169.7576.2656.7327.90,11.0 32.1 48.5 59.4158.3336.6212.67,1 2 3 4 5 6 7,编号,中心高度(,m),条宽(,m),条重,W,i,kN/m,1,(,o,),W,i,sin,i,9.5 16.523.831.640.149.863.0,W,i,cos,i,1.84 9.51 21.3936.5549.1243.3324.86,合计,186.60,258.63,四、泰勒图表法,土坡的稳定性相关因素：,抗剪强度指标,c,和,、重度,、土坡的尺寸坡角,和坡高,H,泰勒（,Taylor,D.W，1937）,用图表表达影响因素的相互关系,稳定数,土坡的临界高度或极限高度,根据不同的,绘出,与,N,s,的关系曲线,泰勒图表法适宜解决简单土坡稳定分析的问题：,已知坡角,及土的指标,c,、,、,，,求稳定的坡高,H,已知坡高,H,及土的指标,c,、,、,，,求稳定的坡角,已知坡角,、坡高,H,及土的指标,c,、,、,，,求稳定安全系数,F,s,五、例题分析,【例】,一简单土坡,=15,c,=12.0kPa,=17.8kN/m,3,，,若坡高为5,m,试确定安全系数为1.2时的稳定坡角。若坡角为60，试确定安全系数为1.5时的最大坡高,在稳定坡角时的临界高度：,H,cr,=,KH,= 1.2,5=6m,【,解答,】,稳定数 ：,由,=15,N,s,= 8.9,查图得稳定坡角,= 57,由,=60，,=15查图得泰勒稳定数,N,s,为8.6,稳定数 ：,求得坡高,H,cr,=5.80m,稳定安全系数为1.5时的最大坡高,H,max,为,3.3 土坡稳定分析中有关问题,一、挖方边坡与天然边坡,天然地层的土质与构造比较复杂，这些土坡与人工填筑土坡相比，性质上所不同。对于正常固结及超固结粘土土坡，按上述的稳定分析方法，得到安全系数，比较符合实测结果。但对于超固结裂隙粘土土坡，采用与上述相同的分析方法，会得出不正确的结果,二、关于圆弧滑动条分法,计算中引入的计算假定：,滑动面为圆弧,不考虑条间力作用,安全系数用滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义,三、土的抗剪强度指标值的选用,土的抗剪强度指标值选用应合理：,指标值过高，有发生滑坡的可能,指标值过低，没有充分发挥土的强度，就工程而言，不经济,实际工程中，应结合边坡的实际加荷情况，填料的性质和排水条件等，合理的选用土的抗剪强度指标。,如果能准确知道土中孔隙水压力分布，采用有效应力法比较合理。重要的工程应采用有效强度指标进行核算。对于控制土坡稳定的各个时期，应分别采用不同试验方法的强度指标,四、安全系数的选用,影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用，计算方法和计算条件的选择等。工程等级愈高，所需要的安全系数愈大。,目前，对于土坡稳定的安全系数，各个部门有不同的规定。,同一边坡稳定分析，选用不同的试验方法、不同的稳定分析方法，会得到不同的安全系数。根据结果综合分析安全系数，得到比较可靠的结论,五、查表法确定土质边坡的坡度,边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度进行确定,一些规范和手册根据大量设计和运行经验规定了土坡坡度的允许值，可以通过查表法确定土质边坡的坡度,