土坡和地基的稳定性课件

1、第10章 土坡和地基的稳定性10.1 概述10.2 无粘性土坡的稳定性10.3 粘性土坡的稳定性10.4 土坡稳定性的影响因素10.5 地基的稳定性本章学习要求（P8）了解导致土坡滑动失稳的原因掌握无粘性土坡的稳定安全系数K定义及影响因素掌握粘性土坡的整体圆弧滑动法、稳定数法、 条分法等分析方法的基本原理，K定义及影响因素了解坡顶开裂、渗流对粘性土坡稳定性的影响了解地基稳定性验算第10章 土坡和地基的稳定性10.1 概述本章学习要求简单土坡（P255） 指土坡是由均质土组成且土坡的顶面和底面都是水平的，并延伸至无限远10.1 概述土坡天然土坡（如山坡、岸坡）人工土坡挖方坡（如基坑、路堑、沟渠）

2、填方坡（如路堤）简单土坡（P255）10.1 概述土坡天然土坡（如山坡、土坡稳定性是土木工程建设中十分重要的问题，故 应掌握土坡稳定分析方法，从而达到合理的设计边 坡，准确评价边坡稳定性，确保边坡稳定的目的土坡失稳破坏滑坡（P255） 指土坡在土体自重及外荷作用下，一定范围内的土体整体地沿某一滑动面向下和向外滑动而丧失其稳定性 若土坡中最危险滑动面上达到f 土坡滑动失稳 土坡失稳破坏实质是土体发生了剪切破坏土坡稳定性是土木工程建设中十分重要的问题，故 土坡失稳破坏导致土坡滑动失稳的主要原因：（P255）外界荷载作用或土坡环境变化等导致土中剪应力 加大，破坏了土体内原来的应力平衡状态 如坡顶荷载

3、增加、坡脚受到切割等外界各种因素的影响导致土体抗剪强度f 降低 如雨水渗入坡中，含水量增加、动荷载作用等10.2 无粘性土坡的稳定性 H无粘性土坡c=0 （P256） 其滑动面近似平面一般假设滑动面为斜平面（补充） 即坡面为最易滑动的面导致土坡滑动失稳的主要原因：（P255）10.2 无粘性土分析：在坡面上取一单元体M，其自重为G顺坡方向的切向分力T=Gsin T是使该单元体下滑的剪切力即滑动力垂直坡面的法向分力N=Gcos由N在坡面引起的摩擦力 Tf是阻止该单元体下滑的抗剪力即抗滑力H无粘性土坡的稳定安全系数K（不存在渗流作用时）为：P256为坡角为土的内摩擦角（P256）分析：在坡面上取一

4、单元体M，其自重为G顺坡方向的切向分力T=当时，K1，土坡稳定（P256） =时，K =1，土坡处于极限平衡状态无粘性土坡在自然稳定状态下的极限坡角称为自 然休止角，其值等于内摩擦角（补充、P205） 时，K1，土坡失稳通常为保证土坡有足够的安全储备 一般取K1.31.5理论上无粘性土坡的稳定性与坡高H无关，与坡角 、内摩擦角有关影响无粘性土坡稳定的因素越小， 越大，K越大，土坡越稳定当时，K1，土坡稳定（P256）越小， 越大，补充例题：某砂土场地需放坡开挖基坑，已知砂土的 自然休止角=320，试求： 放坡时的极限坡角cr；若取安全系数K=1.3，求稳定坡角；若取坡角=230，求稳定安全系数

5、K解： 由 ，得：补充例题：某砂土场地需放坡开挖基坑，已知砂土的当坡面有顺坡渗流时， K约降低一半（P257）渗流力 因为若渗流为顺坡流出，渗流力J 方向与坡面平行，使单元体M下滑的剪切力增大为T+J，且由于土浸水，单位土体自重G等于r / （P256）（P256）当坡面有顺坡渗流时， K约降低一半（P257）渗流力 10.3 粘性土坡的稳定性 粘性土坡常用的稳定分析方法有：P257整体稳定分析法（补充） 主要适用于均质简单粘性土坡整体圆弧滑动法稳定数法使用方便，应掌握如条分法（补充） 适用于非均质土坡、土坡外形复杂、土坡部分在水位 下、坡上有荷载等较复杂土坡，故应用广瑞典条分法（P260）毕

6、肖普条分法（P263）杨布（非圆弧）条分法（P268）如滑动土体10.3 粘性土坡的稳定性 粘性土坡常用的稳定分析方法有一、均质粘性土坡滑动面的形式（P257）粘性土存在c，均质粘性土坡滑动时，其滑动面常 是曲面，破坏前，一般在坡顶首先出现张力裂缝， 然后沿某一曲面产生整体滑动为了简化分析，通常粘性土坡的假设滑动面为圆弧 滑动面（圆筒面）圆弧滑动面的形式一般有3种：P257坡脚圆坡面圆中点圆一、均质粘性土坡滑动面的形式（P257）圆弧滑动面的形式一般圆弧滑动面通过坡脚B点，称为坡脚圆圆弧滑动面通过坡面上E点，称为坡面圆圆弧滑动面通过坡脚以外的A点，且圆心位于 坡面中点的垂直线上，称为中点圆滑动

7、面的形式与坡角、c及土中硬层的位置等 有关（P257）P257图10-4圆弧滑动面通过坡脚B点，称为坡脚圆滑动面的形式与坡角、均质简单粘性土坡稳定安全系数K为：二、整体圆弧滑动法（P258）先任意假定一圆弧滑动面AC以滑动土体为脱离体，分析 其上作用力的各种力在整个滑动面上可定义抗滑力矩滑动力矩或饱和粘土坡在不排水剪条件下， ，故均质简单粘性土坡稳定安全系数K为：二、整体圆弧滑动法（P25确定出最危险滑动面求得最小安全系数Kmin是与最小安全系数Kmin相应的滑动面最危险滑动面可采用费伦纽斯的经验方法对于均质粘性土坡（P258） 当=0时，其最危险滑动面常过坡脚，其圆心O点位于BO与CO两线的

8、交点，1、2可由坡角查P258表10-1 当Kmin稳定安全系数允许值K，土坡稳定确定出最危险滑动面求得最小安全系数Kmin是与最小安全系数 当 0时，最危险滑动面圆心位置可能在图中EO的延长线上，自O点外取若干圆心O1、O2，分别作滑弧，算出相应的抗滑安全系数K1、K2，然后绘曲线找出最小值，即为所要求的最危险滑动面的圆心Om和土坡的稳定安全系数Kmin，Kmin应满足工程设计要求（P258259）对土坡非均质等较复杂时，还需自Om作EO线的垂线，在其上再取若干圆心O/1、O/2，算出K/1、K/2 ，才能找出最危险滑动面的圆心和K（P259） 当 0时，最危险滑动面圆心位置可能在图中EO的

9、延长三、稳定数法（简化的图表法）（P259） 通过对均质简单粘性土坡稳定分析可知，粘性土坡的稳定性与c、 、 、和h五个参数有密切关系，为了简化计算，将、h、c三个参数组成一个新的参数Ns，称为稳定因数即hcr为土坡极限高度P260图10-7 洛巴索夫图表法是在极限状态时均质简单粘性土坡的 、与Ns之间的关系曲线 P259三、稳定数法（简化的图表法）（P259）即hcr为土坡极限高P260P260采用稳定数法可以解决均质简单粘性土坡稳定 性分析中的下述问题：（P259、补充）已知K、 c、，求极限坡高hcr和稳定最 大坡高h 由、查图得Ns 再由Ns、 c、得hcr，求得h= hcr/ K已知

10、K、 c、h，求稳定最大坡角 由hcr=hK、c、 得Ns 再由Ns、查图得已知c、h，求稳定安全系数K（补充） 由、查图得Ns 再由Ns、 c、得hcr ，求得K= hcr/h采用稳定数法可以解决均质简单粘性土坡稳定 例题10-1（P259260） 已知土坡坡比为1:1，c=12kPa，=200，求极限坡高hcr解：由=450 ，=200 查图10-7得Ns=0.065若要求安全系数K=1.5，则稳定最大坡高h为：（补充） 例题10-1（P259260）若要求安全系数K=1.5，注意：习题集（P22）中泰勒 稳定因数定义为：当0时，Ns与 及之间的关系曲线如图所示（补充）注意：习题集（P22

11、）中泰勒当0时，Ns与 及之间的四、瑞典条分法（P260）分析步骤：设一圆弧滑动面AC将滑动土体ABC分 成若干土条计算作用在各土条上 的力（P261）如土条i自重Gi= hibi 土条底面的剪切力 土条底面的法向力 土条底面的抗剪力（土坡处于稳定状态）忽略土条两侧的作用力导致算出的K偏低 反力四、瑞典条分法（P260）分析步骤：设一圆弧滑动面AC忽略土求相应于滑动面AC安全系数K（总应力法） 将整个滑动土体内各土条对圆心O取力矩平衡故瑞典条分法也可用有效应力法进行分析（P262）求最小稳定安全系数Kmin Kmin所对应的滑动面即为最危险滑动面 最危险滑动面圆心位置同样可采用费伦纽斯的经验方

12、法（P258259）例题10-2（P262）则抗滑力矩滑动力矩=求相应于滑动面AC安全系数K（总应力法）故瑞典条分法也可用有毕肖普条分法考虑了土条两侧的作用力，计算结果 比较合理，计算精度较高（P271）实际工程中常会遇到非圆弧滑动面的情况，可采用 杨布条分法 如土坡下面有软弱夹层，或土坡位于倾斜岩层面上，滑动面形状受夹层或硬层影响而呈非圆弧形状，可采用P268杨布的非圆弧条分法进行土坡稳定分析滑动面通过软弱夹层岩堆沿基岩面滑动各种方法的比较（P271）毕肖普条分法考虑了土条两侧的作用力，计算结果滑动面通过软弱夹10.4 土坡稳定性的影响因素 一、土体抗剪强度指标及稳定安全系数K的选择 P27

13、1土的抗剪强度指标选用的是否恰当，直接影响土坡 稳定分析成果的可靠性，对于软粘土坡尤为重要 在实践中应结合土坡的实际加载（施工速度）情况、填土性质和排水条件等，选取不同的强度指标试验方法和测定结果对于控制土坡稳定的各个时期，可分别按表10-4 （P272）选取不同的试验方法和测定结果10.4 土坡稳定性的影响因素 一、土体抗剪强度指标及稳短期稳定性长期稳定性P272表10-4短期稳定性长期稳定性P272表10-4目前对于土坡稳定安全系数K的取值，各部门尚无 统一标准，考虑的角度也不尽相同，工程中应根据 分析计算方法、强度指标的测定方法，并结合当地 已有的经验综合选取确定（P272），如：建筑边

14、坡工程技术规范（GB503302002） 中的规定（补充）一二三目前对于土坡稳定安全系数K的取值，各部门尚无一二三公路软土地基路堤设计与施工技术规范 （JTJ017-96）中的规定（P273表10-5）公路路基设计规范 （JTJ D30-2004）中的规 定（P272）公路软土地基路堤设计与施工技术规范公路路基设计规范 二、坡顶开裂对粘性土坡稳定性的影响（P273）分析土坡稳定时，应考虑：Pw作用使滑动力矩增加抗滑力矩减少（因滑动面弧长减短）工程中为避免出现这种情况，可采取如下防止措施：在土坡滑动范围内的坡面上采用水泥砂浆或塑料布 铺面防水在土坡滑动范围外边设置水沟拦截水流 当地表水渗入粘性土

15、坡坡顶附近出现的竖向裂缝中，产生的静水压力Pw促使土坡滑动，这对土坡稳定不利（补充）二、坡顶开裂对粘性土坡稳定性的影响（P273）分析土坡稳定时当土坡部分浸水时： 在静水条件下周界上的水压力对滑动土体的影响可用静水面以下滑动土体所受的浮力来代替，即相当于水下土条重量取有效重度计算。故稳定安全系数的计算公式与前述相同，只是将ef线以下土的重度用有效重度计算即可三、土中水渗流时的土坡稳定分析（P273274）滑动面上的孔隙水压力坡内外水位相同情况当土坡部分浸水时：三、土中水渗流时的土坡稳定分析（P273当坡内水位高于坡外水位向时：P274 坡内水将向外渗流，产生渗流力（动水力）合力D，其方向指向坡

16、面，使滑动力矩增大，导致安全系数K减少，对土坡稳定不利当坡内水位高于坡外水位向时：P274 坡内水将10.5 地基的稳定性 通常可能发生地基稳定性破坏的情况有：P274承受很大水平力或倾覆力矩的建（构）筑物如：受风荷载或地震作用的高层建筑或高耸结构 承受拉力的高压线塔架基础及锚拉基础 承受土压力或水压力的挡土墙、堤坝和桥台等位于斜坡或坡顶上的建（构）筑物，由于荷载作用 或环境因素影响，造成部分或整个边坡失稳地基中存在软弱土层，土层下面有倾斜的岩层面、 隐伏的破碎或断裂带，地下水渗流等10.5 地基的稳定性 通常可能发生地基稳定性破坏的情况一、基础连同地基一起滑动的稳定性验算（P275）基础在经

17、常性水平荷载作用下，连同地基一起滑动 失稳，可能出现的滑动面一般有以下几种情况：滑动面接近圆弧滑动面通常采用圆弧滑动面法进行稳定性验算要求：最危险滑动面对应 的稳定安全系数MR抗滑力矩MS滑动力矩一、基础连同地基一起滑动的稳定性验算（P275）基础在经常性当基础周围土体及地基土都比较软弱时，地基失稳 定时可能出现贯入软土层深处的圆弧滑动面P275进行稳定性验算时计算稳定安全系数一般要求Kmin1.2当基础周围土体及地基土都比较软弱时，地基失稳 当基础位于超固结坚硬粘土层中时，其滑动破坏可能沿近似水平面的软弱结构面发生，为非圆弧滑动面。（P275）进行稳定性验算时，可近似取土体abdc为隔离体， 滑动面bd为平面一般平面滑动要求K= 1.3抗滑力滑动力（P276）当基础位于超固结坚硬粘土