2022年边坡稳定研究和地基承载力.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 第八讲 边坡稳固分析和地基承载力一、内容提要：本讲主要叙述① 边坡稳固分析 ：土坡滑动失稳的机理、均质土坡的稳固 分析、土坡稳固分析的条分法；② 地基承载力 ：地基破坏的过程、地基破坏型式、 临塑荷载和临界荷载、地基极限承载力 斯肯普敦公式 、太沙基公式 、汉森公式二、重点、难点：土坡滑动失稳的机理、地基破坏的过程、临塑荷载和临界荷载以及地基极限承载力公式三、内容讲解：第一节 边坡稳固分析一、土坡滑动失稳的机理工程实际中的土坡包括自然土坡和人工土坡,自然土坡是指自然形成的山坡和江河湖海的岸坡,人工土坡就是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡；1、土坡滑动失稳的缘由一般有以下两类情形：〔1 >外界力的作用破坏了土体内原先的应力平稳状态；如基坑的开挖,由于地基内自身重力发生变化,转变了土体原先的应力平稳状态；又如路堤的填筑、土坡顶面上作用外 荷载、土体内水的渗流、地震力的作用等也都会破坏土体内原有的应力平稳状态,导致土坡坍塌；〔2>土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低,促使土坡失稳破坏；如外界气候等自然条件的变化,使土时干时湿、收缩膨胀、冻结、融解等,从而使土变松,强度 降低；土坡内因雨水的浸入使土湿化,强度降低；土坡邻近因打桩、爆破或地震力的作 用将引起土的液化或触变,使土的强度降低；【例题 1】关于土坡失稳的缘由,一般包括有< ）；1 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - A. 外界力的作用破坏了土体内原先的应力平稳状态B. 土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低,促使土坡失稳破坏C. 土的抗压强度由于受到外界各种因素的影响而降低,促使土坡失稳破坏D. A、B 答案： D 【例题 2】在以下各种土坡中,不属于人工土坡的是< ）；A. 山坡B. 基坑边坡C. 路堑边坡D. 土坝边坡答案： A 2、边坡的破坏类型与特点边坡在自然与人为因素作用的破坏形式主要有：特点见表 15-10-1 ；滑坡、塌滑、倒塌、剥落几种,其主要【例题 3】边坡破坏的主要形式中不包括〔 > ；2 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - A.倒塌滑坡B. 泥石流C. 剥落D. 答案： C B.【例题 4】基坑开挖时,由于土方堆载于基坑边缘,引起边坡滑动,称为 〔 > ；A、滑坡；B、塌滑；C、倒塌；D、剥落；答案： B 3、边坡稳固分析的目的及运算分析方法对边坡稳固进行分析,其目的在于依据工程地质条件确定合理的 边坡容许坡度和高度 ,或验算拟定的尺寸是否稳固、合理；【例题 5】对边坡进行稳固性分析,其目的是〔 > ；A.确定土坡的下滑推力 B.确定实行何种支护措施 C.判定边坡的破坏类型D.依据工程条件确定合理的边坡容许坡度和高度答案： D 3 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对边坡的运算分析主要是针对土坡的稳固程度而言,通常用安全系数来衡量 〔《港口工程地基规范》 〔JTJ250-98> 采纳极限状态设计表达式>,说明土坡在估计的最不利条件下具有的安全保证；土坡的安全系数可定义为滑动面上抗滑力矩与滑动力矩之比,即或是抗滑力 Tf 与滑动力 T 之比,或实有的抗剪强度与土坡中最危急滑动面上产生的剪应力的比值, ；也有用黏聚力、摩擦角、临界高度表示的；全部不同的表达方式均是在不怜悯形下为应用便利而提出的,这些都是工程运算的手段,其牢靠程度在很大程度上打算于运算中选用的土的物理力学性质指标 〔 主要是土的抗剪强度指标c、φ 和土的重度 γ值>必需选用得当,才能使验算切合实际；【例题 6】以下不能表示土坡的安全系数的是〔 > ；A. 滑动面上抗滑力矩与滑动力矩之比,即B.抗滑力与滑动力之比,C.实有的抗剪强度 tf 与土坡中最危急滑动面上产生的剪应力的比值,D.可用抗渗流力与渗流力之比表示 答案： D 【例题 7】对土坡安全系数的运算,其牢靠程度在很大程度上取决于 〔 > ；A、运算方法选用得当；B、运算结果的精确性；C、土的抗剪强度指标的选用；4 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - D、土的重度的选 用；答案： C、D 二、砂性土土坡的稳固分析 依据实际观测,由均质砂性土构成的土坡,破坏时滑动面大多近似于平面,成层的非均 质的砂类土构成的土坡,破坏时的滑动面也往往近似于一个平面,因此在分析砂性土的 土坡稳固时,一般均假定滑动面是平面；5 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 工程中一般要求 K>1.25～1.30 ；上述安全系数公式说明,砂性土坡所能形成的最大坡角就是砂土的 内摩擦角 ,依据这一原理,工程上可以通过堆砂锥体法确定砂土的内摩擦角〔 也称为砂土的 自然休止角 >；【例题 8】某砂质边坡,砂土的内摩擦角为 45° ,边坡倾角为 30° ,该边坡的稳固系数为〔 > ；A. 1.7 B. 0.6 6 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - C. 1 D. 1.35 答案： A 三、均质粘性土土坡的整体稳固分析1. 滑动面的形式均质粘性土土坡在失稳破坏时,其滑动面经常是一曲面,通常近似于 圆柱面 ,在横断面上就出现圆弧形,因而在分析粘性土坡稳固性时,经常假定土坡是沿着圆弧破裂面滑动,以简化土坡稳固验算的方法；2. 均质土坡的整体稳固分析法对于均质简洁土坡,其圆弧滑动体的稳固分析可采纳整体稳固分析法进行；所谓简单土坡是指土坡顶面与底面水平,坡面BC为一平面的土坡,如图15-10-2 所示；分析图 15-10-2 所示均质简洁土坡,如可能的圆弧滑动面为AD,其圆心为 O,滑动圆弧半径为 R；滑动土体 ABCDA的重力为 W,它是促使土坡滑动的滑动力；沿着滑动面 AD上分布土的抗剪强度 将形成抗滑力 Tf ；将滑动力 W及抗滑力 Tf 分别对滑动面圆心 O取矩,得滑动力矩 Ms及抗滑力矩 Mr为：7 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由于滑动面上的正应力是不断变化的,上式中土的抗剪强度沿滑动面 AD上的分布是不匀称的,因此直接按公式〔15-10-3> 运算土坡的稳固安全系数有肯定误差；上述计算中,滑动面 AD是任意假定的,需要试算很多个可能的滑动面,找出最危急的滑动面 即相应于最小稳固安全系数 Kmin 的滑动面；四、粘性土土坡稳固分析的条分法由于整体分析法对于非均质的土坡或比较复杂的土坡〔 如土坡外形比较复杂、或土坡上有荷载作用、或土坡中有水渗流时等 >均不适用,费伦纽斯等提出了粘性土土坡稳固分析的条分法；1. 条分法的基本原理如图 15-10-3 所示土坡,取单位长度土坡按平面问题运算；设可能的滑动面是一圆弧AD,其圆心为 O,半径为 R；将滑动土体 ABCDA分成很多竖向土条,土条宽度一般可取b=0.1R,任一土条 i 上的作用力包括：土条的重力Wi 其大小、作用点位置及方向均巳知；滑动面 ef 上的法向反力 Ni 及切向反力 Ti,假定 Ni、Ti 作用在滑动面 ef 的中点,它们的大小均未知；土条两侧的法向力Ei 、Ei+1 及竖向剪切力 Xi、Xi+1,其中 Ei 和 Xi 可由前一个土条的平稳条件求得,而 Ei+1 和 Xi+1 的大小未知, Ei+1 的作用点位置也未知；由此看到,土条 i 的作用力中有 5 个未知数,但只能建立8 / 23 3 个平稳条件方程,故为名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 非静定问题；为了求得 Ni、Ti 值,必需对土条两侧作用力的大小和位置作适当假定；费伦纽斯的条分法是 不考虑土条两侧的作用力,也即假设 Ei 和 Xi 的合力等于 Ei+1 和 Xi+1 的合力,同时它们的作用线重合,因此土条两侧的作用力相互抵消；这时土条 i 仅有作用力 Wi 、Ni 及 Ti ,依据平稳条件可得：9 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2. 最危急滑动面圆心位置的确定上述稳固安全系数 K是对于某一个假定滑动面求得的,因此需要试算很多个可能的滑动面,相应于最小安全系数的滑动面即为最危急滑动面；也可以采纳费伦纽斯或泰勒提出的近似方法确定最危急滑动面圆心位置,但当坡形复杂时,一般仍是采纳电算搜寻的方法确定；【例题 9】有一边坡,其几何尺寸如下列图；滑坡体的面积为 150m 2；边坡土层由两层土组成,从坡顶到埋深 5.8m 处为第一层,其黏聚力 c＝38.3kPa,φ ＝0° ；5.8m 以下为其次层,其黏聚力 c＝57.5kPa,φ ＝0° ；；两层土的平均重度为 γ ＝19.25kN/m；如边坡以 O点为圆心做圆弧滑动,就该边坡的稳固系数为 〔 > ；A. 2.72 B. 2.27 10 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - C. 2.85 答案： B D. 2.58 【解读】 〔1>滑坡体的自重 〔 取单位宽度 >： W＝19.25 × 150＝ 2887.5kN 〔2>滑坡体的下滑力矩为： M＝2887.5× 4.98 ＝14397.75kN.m 〔3>运算滑坡体抗滑力矩；11 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 23 页精选学习资料 。