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第八章 土坡稳定分析 第一节 概 述 土坡系指具有倾斜坡面的土体，如天然土坡及人工修建的堤坝，公路、铁路的路堤和路堑等。)当由于各种自然或人为因素的作用而破坏了土坡的力学平衡时，土体就要沿着某一滑面发生滑动，工程中称这一现象为滑坡。所谓土坡的稳定分析，就是用土力学的理论来研究发生滑坡时滑面可能的位置和形式、面上的剪应力和抗剪强度的大小等问题，以土坡安全。图8-1是滑坡的示意图。 图8-1 两类典型滑坡的示意图 一般来说，导致土坡滑动失稳的主要原因有以下两种。 由于外荷载作用或土坡环境变化等导致坡体内部剪应力增加。在坡顶堆积或修筑建筑物使坡顶荷载增大，降雨导致土体饱和重度增加，渗流引起的动水力和土裂缝中的静水压力，地下水位大幅下降导致土体内有效应力增大，地震、打桩、爆破等引起的动荷载等都会使土坡坡内部的剪应力增大。 由于外界各种因素影响导致土体抗剪强度降低，促使土坡失稳破坏。自然界气候变化引起土体干裂和冻融、黏土夹层因雨水的侵入而软化、膨胀土的反复胀缩、黏性土的蠕变、振动使土的结构遭到破坏或使孔隙水压力升高等都会导致土体的抗剪强度降低。 在高速公路、铁路、城市地铁、高层建筑物的深基坑开挖，露天采矿和土（石）坝等土木工程建设中都会涉及土坡的稳定性问题，如果在工程中土坡失去稳定，轻者影响工程进度，重者将会危及施工人员的生命安全，造成工程事故和巨大的经济损失。因此，土木工程师必须掌握土坡稳定分析的基本原理和方法。 土坡稳定分析是基于土力学的基本原理应用土坡稳定分析的各种方法计算和确定土坡的稳定性，主要内容包括以下两个方面。 根据给定的土坡高度、土的工程性质、外荷载等条件设计出土坡的断面并验算其稳定性及技术与经济的合理性；对不稳定的人工土坡需要分析可能导致土坡失稳的原因，提出相应的工程措施，以确保土坡的安全。 对一旦失稳就会对各类工程构筑物和（或）对人类生命财产造成危害的天然土坡进行稳定性分析，确定其潜在的滑动面位置，给出其安全性评价并建议相应的加固措施，以确保土坡的稳定。 影响土坡稳定的因素很多，主要有： 土坡的地质地形条件； 土坡土的物理力学性质； 土坡的几何条件，如坡度和高度； 水对土体的润滑和膨胀作用，及雨水和河流对土体的冲刷和侵蚀作用； 振动液化； 土坡下部开挖造成的平衡失调。大量观察资料表明，黏性土滑动面近似圆柱面，横断面近似圆弧线；砂性土坡的滑动面近似于平面，横断面近似直线。这个规律为边坡的稳定分析提供了一条简捷的途径，它使滑坡的分析可近似地当作一个平面应变问题来处理滑面一条圆弧线或一条直线。滑面的土坡稳定 当土坡由均层的砂性土透水土构成，可采用滑面法进行分析。 滑面的图8-2示β为滑面的倾角，(为土的内摩擦角，W为滑动土体ABC的重，为滑AB的长度，则沿滑面向下滑动的力为重力W滑方向的分量： 阻止滑坡下滑的力为滑面上的摩擦力和黏聚力，即： 工程中称T为下滑力，’为抗滑力，以抗滑力与滑力两者的比值来估计滑坡的可能性，即 （8-1） 对无黏性土土坡，c=0，上式将简化成： （8-1a） 式中 ——稳定系数。 为了保土坡的稳定，值应大于1。 第三节 滑面圆弧的条分法分析 黏性土土坡滑面成曲面，接近于一个圆柱面工程计算中常假设其断面圆弧形。 用圆弧形滑面进行土坡稳定分析的具体方法很多常用的有瑞典弧法（W. Fenllenius，1936）毕肖法（A. W. Bishop，1955）。 一、瑞典弧滑面法 瑞典弗兰纽斯提出的圆弧滑面法是土坡稳定分析中的一种基本方法。它不但可以用来检算简单土坡，也可用于检算各种复杂的土坡（如不均匀土的土坡、分层土坡、有渗流的土坡坡顶有荷载作用的土坡等）在工程中应用广。 基本原理及假定 法假定土坡稳定分析是一个平面应变问题，滑面成圆弧形。图8-3为的图。其中ABCD为滑动土体，为圆弧形滑面。滑坡发生时，滑动土体ABCD同时整体地沿弧向下滑动。对圆心来说，相当于整个滑动土体沿弧绕圆心转动。 在具体计算中，弗兰纽斯将滑动土体ABCD分成n个土条，土条的宽度一般取2～4m。如用i表示土条的编号，则作用在第i土条上的如图8-3b）所示。 土条的自重Wi 这个力作用在通过土条重垂线上，它与滑面交点P，将Wi在P点沿滑面的切线和法线方向分解，相应的两个分力为： 式中 (——P点处的垂线与滑面半径OP的夹角（或P点处圆弧的切线与水平线的夹角）； i——Wi在滑面P点处的法向分量，它通过滑面的圆心，这个力对土坡不起滑动作用，但却是决定滑面摩擦力大小的重要因素； i——Wi在滑面P点处的切向分量，它是滑动土体的下滑力，如图8-3a）所示。 应当注意，如以图8-3a）中通过圆心的垂线OV为界，则OV线右侧各土条的i值对滑动土体起下滑的作用，计算时应取正值；