注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)：無粘性土邊坡的穩(wěn)定性分析

更新時(shí)間：2010-08-06 13:56:55 來源：|0

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　　四、土坡的穩(wěn)定性分析

　　土坡分為天然土坡和人工土坡。由于地質(zhì)作用而自然形成的土質(zhì)邊坡，稱為天然土坡，如山坡、江河的岸坡等;人們?cè)谛藿ǜ鞣N工程時(shí)，在天然土體中開挖或地面上用土填筑而形成的土質(zhì)邊坡，稱為人工土坡，如渠道、土壩、基坑的邊坡等。邊坡如圖12-5–23所示，由坡頂、坡面、坡腳和坡角構(gòu)成。

　　圖12-5–23 邊坡各部位名稱

　　一般土坡的長度(垂直于紙面)遠(yuǎn)較其寬度為大，故分析土坡穩(wěn)定性時(shí)，可按平面問題來考慮，即沿長度方向取單位長度來計(jì)算。在工程實(shí)踐中，分析土坡穩(wěn)定性的目的，在于驗(yàn)算土坡斷面是否穩(wěn)定、合理，或根據(jù)土坡預(yù)定高度、土的性質(zhì)等已知條件，設(shè)計(jì)出合理的土坡斷面。

　　(一)無粘性土邊坡的穩(wěn)定性分析

　　圖12-5–24 無粘性土坡的穩(wěn)定性

　　由砂、卵礫石及風(fēng)化礫石等無粘性土組成的邊坡，其滑動(dòng)面近似于平面，故常用直線滑動(dòng)法分析其穩(wěn)定性。無粘性土顆粒間無粘聚力，對(duì)全干或全部淹沒的均質(zhì)土坡來說，前者如修筑時(shí)期的土壩邊坡、地下水位以上的開挖邊坡;后者如蓄水時(shí)期土壩的上游邊坡、水下的開挖邊坡。只要坡面的土顆粒能夠保持穩(wěn)定，那么，整個(gè)土坡便將是穩(wěn)定的。圖5.3–2為一均質(zhì)無粘性土坡，坡角為，現(xiàn)從坡面任取一小塊土體，并把它看作是剛體來分析其穩(wěn)定條件。設(shè)土塊的重力為W，它在坡面方向的分力是下滑力，在坡面法線方向的分力;阻止該土塊下滑的力是小塊土體與坡面間的摩擦力，式中為土的內(nèi)摩擦角。

　　在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，阻止土塊滑動(dòng)的抗滑力必須大于土塊的滑動(dòng)力。故用抗滑力與滑動(dòng)力之比作為評(píng)價(jià)土坡穩(wěn)定的安全度。這個(gè)比值常稱為土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)。即

　　(12-5–31)

　　設(shè)計(jì)均質(zhì)無粘性土邊坡時(shí)，為了保證土坡穩(wěn)定，必須使安全系數(shù) 大于1。但太大又不符合經(jīng)濟(jì)原則，一般取1.1~1.5。

　　由式(12-5–24)可見，對(duì)于均質(zhì)無粘性土坡，只要坡角小于土的內(nèi)摩擦角，無論坡的高度為多少，邊坡材料的重力如何，土坡總是穩(wěn)定的。=1時(shí)，土坡處于極限平衡狀態(tài)。此時(shí)土坡的極限坡角按式(12-5–24)就等于無粘性土的內(nèi)摩擦角，常稱為靜止角或休止角，故工程實(shí)踐中，多用靜止角或休止角來簡便確定無粘性土的內(nèi)摩擦角。