边坡稳定性计算方法.docx

在边坡稳定计算方法中,通常采用整体的极限平衡方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不同的分析模式。边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同,粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形;细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形;滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。这里将主要介绍边坡稳定性分析的基本原理以及在某些边界条件下边坡稳定的计算理论和方法。
    (一)直线破裂面法
    所谓直线破裂面是指边坡破坏时其破裂面近似平面,在断面近似直线。为了简化计算这类边坡稳定性分析采用直线破裂面法。能形成直线破裂面的土类包括:均质砂性土坡;透水的砂、砾、碎石土;主要由内摩擦角控制强度的填土。
    图 9 - 1 为一砂性边坡示意图,坡高 H ,坡角β,土的容重为γ,抗剪度指标为 c 、φ。如果倾角α的平面 AC 面为土坡破坏时的滑动面,则可分析该滑动体的稳定性。
    沿边坡长度方向截取一个单位长度作为平面问题分析。
        图9-1 砂性边坡受力示意图
    
    已知滑体 ABC 重 W ,滑面的倾角为α,显然,滑面 AC 上由滑体的重量 W= γ(Δ ABC)产生的下滑力T和由土的抗剪强度产生的抗滑力Tˊ分别为:
T=W · sina
和
    则此时边坡的稳定程度或安全系数可用抗滑力与下滑力来表示,即
    为了保证土坡的稳定性,安全系数 F s 值一般不小于 ,特殊情况下可允许减小到 。对于 C=0 的砂性土坡或是指边坡,其安全系数表达式则变为
    从上式可以看出,当α=β时,F s 值最小,说明边坡表面一层土最容易滑动,这时
    当 F s =1时,β=φ,表明边坡处于极限平衡状态。此时β角称为休止角,也称安息角。
    此外,山区顺层滑坡或坡积层沿着基岩面滑动现象一般也属于平面滑动类型。这类滑坡滑动面的深度与长度之比往往很小。当深长比小于 ,可以把它当作一个无限边坡进行分析。
    图 9-2表示一无限边坡示意图,滑动面位置在坡面下H深度处。取一单位长度的滑动土条进行分析,作用在滑动面上的剪应力为,在极限平衡状态时,破坏面上的剪应力等于土的抗剪强度,即
得
    式中 N s =c/ γ H 称为稳定系数。通过稳定因数可以确定α和φ关系。当 c=0 时,即无粘性土。α=φ,与前述分析相同。
     
根据大量的观测表明,粘性土自然山坡、人工填筑或开挖的边坡在破坏时,破裂面的形状多呈近似的圆弧状。粘性土的抗剪强度包括摩擦强度和粘聚强度两个组成部分。由于粘聚力的存在,粘性土边坡不会像无粘性土坡一样沿坡面表面滑动。根据土体极限平衡理论,可以导出均质粘这坡的滑动面为对数螺线曲面,形状近似于圆柱面。因此,在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定上稳定分析方法称为圆弧滑动法和圆弧条分法。
    1. 圆弧滑动法
    1915 年瑞典彼得森( )用圆弧滑动法分析边坡的稳定性,以后该法在各国得到广泛应用,称为瑞典圆弧法。
    图 9 - 3 表示一均质的粘性土坡。 AC 为可能的滑动面, O 为圆心, R 为半径。假定边坡破坏时,滑体 ABC 在自重 W 作用下,沿 AC 绕 O 点整体转动。滑动面 AC 上的力