1.3边坡稳定边坡稳定 概述边坡处治，首先要进行稳定性分析。边坡稳定分边坡处治，首先要进行稳定性分析。边坡稳定分析的方法很多，目前在工程中广为应用的是传统的析的方法很多，目前在工程中广为应用的是传统的极限平衡理论。近几年，基于不同的力学模型而建极限平衡理论。近几年，基于不同的力学模型而建立起来的各种数值分析计算方法也越来越受到工程立起来的各种数值分析计算方法也越来越受到工程界的重视。界的重视。 边坡稳定性概念边坡稳定性概念 边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体，由于边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体，由于坡表面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，坡表面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土坡体土( (岩岩) )自身具有一定的强度和人为的工程措施，自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土边坡土( (岩岩) )体内部某一个面上的滑动力超过了土体内部某一个面上的滑动力超过了土( (岩岩) )体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。在工程设计中，判断边坡稳定性的大小习惯上采在工程设计中，判断边坡稳定性的大小习惯上采用边坡稳定安全系数来衡量。用边坡稳定安全系数来衡量。l955l955年，毕肖普年，毕肖普(A.W.Bishop)(A.W.Bishop)明确了土坡稳定安全系数的定义：明确了土坡稳定安全系数的定义： (2.1)(2.1)式中：式中： 沿整个滑裂面上的平均抗剪强度；沿整个滑裂面上的平均抗剪强度； rr沿整个滑裂面上的平均剪应力；沿整个滑裂面上的平均剪应力； 边坡稳定安全系数。边坡稳定安全系数。 按照上述边坡稳定性概念，显然，按照上述边坡稳定性概念，显然，11，土坡稳定；，土坡稳定；1 0 0 圆心位置在圆心位置在EOEO的延长线上的延长线上 计算公式计算公式计算公式计算公式图图2.32.3表示一均质土坡，土条高为表示一均质土坡，土条高为hihi，宽为宽为bibi，WiWi为土条本身的自重力，为土条本身的自重力，NiNi为土条底部的总法向为土条底部的总法向反力，反力，TiTi为土条底部为土条底部( (滑裂面滑裂面) )上总的切向阻力；上总的切向阻力；土条底部坡角为土条底部坡角为ai ai；长为长为li li，坡体容重为坡体容重为i i，R R为滑为滑裂面圆弧半径，裂面圆弧半径，ABAB为滑裂圆弧面，为滑裂圆弧面，xixi为土条中心为土条中心线到圆心线到圆心O O的水平距离。的水平距离。 根据摩尔一库仑准则，滑裂面根据摩尔一库仑准则，滑裂面ABAB上的平均抗上的平均抗剪强度为剪强度为 (2.2)(2.2)式中：式中：法向总应力；法向总应力； uu孔隙应力；孔隙应力； ， 坡体有效抗剪强度指标。坡体有效抗剪强度指标。n n如果整个滑裂面如果整个滑裂面ABAB上的平均安全系数为上的平均安全系数为FsFs，按照式按照式(2.1)(2.1)定义，土条底部的切向阻力定义，土条底部的切向阻力TiTi为为 (2.3)(2.3)取土条底部法线方向力的平衡，可得取土条底部法线方向力的平衡，可得 (2.4)(2.4)取所有土条对圆心的力矩平衡，有取所有土条对圆心的力矩平衡，有 (2.5)(2.5)如图所示，根据几何关系如图所示，根据几何关系 将式将式(2.3)(2.3)、(2.4)(2.4)代入式代入式(2.5)(2.5)，整理后有，整理后有 (2.6)(2.6)计算时土条厚度均取单宽，即有，因此式计算时土条厚度均取单宽，即有，因此式(2.6)(2.6)可写为可写为 (2.7)(2.7)式式(2.6)(2.6)或式或式(2.7)(2.7)就是瑞典法土坡稳定计算公式，它就是瑞典法土坡稳定计算公式，它也可以从第也可以从第(3)(3)条假定中直接导出。条假定中直接导出。渗流影响渗流影响渗流影响渗流影响n n 当土坡内部有地下水渗流作用时，滑动土体中存在渗透压当土坡内部有地下水渗流作用时，滑动土体中存在渗透压力。边坡稳定分析计算时应考虑地下水渗透压力的影响。力。边坡稳定分析计算时应考虑地下水渗透压力的影响。n n 同样，在滑动坡体中任取一竖向土条同样，在滑动坡体中任取一竖向土条i i，如图如图2.42.4所示，如果所示，如果将土条和土条中的水体一起作为脱离体时，此时土条重力就将土条和土条中的水体一起作为脱离体时，此时土条重力就包括土条和土条中的水体重力，即包括土条和土条中的水体重力，即 (2.8)(2.8)式中：式中： 土的湿容重；土的湿容重； 土的饱和容重土的饱和容重( (包括了土体和水体包括了土体和水体) )。n n 土条的两侧和底部都作用有渗透水压力，在稳定的情况下，土条的两侧和底部都作用有渗透水压力，在稳定的情况下，土体均已固结，由附加荷载引起的孔隙应力均已消散，土条土体均已固结，由附加荷载引起的孔隙应力均已消散，土条底部的孔隙应力也就是渗透水压力。设土条底部中点处的渗底部的孔隙应力也就是渗透水压力。设土条底部中点处的渗透水水头透水水头hw(hw(一般根据流网确定一般根据流网确定) )，则有，则有 (2.9)(2.9)式中：式中： 水的容重。水的容重。n n 一般地，一般地，bibi较小，即土条取得很薄，地下水面与滑裂面接近较小，即土条取得很薄，地下水面与滑裂面接近平行，土条两侧的渗透水压力几乎相等，可认为相互抵消，平行，土条两侧的渗透水压力几乎相等，可认为相互抵消，这也是为了计算的简化。这也是为了计算的简化。将式将式(2.8)(2.8)和式和式(2.9)(2.9)代入式代入式(2.7)(2.7)，有，有 (2.10) (2.10) n n稳定计算分析稳定计算分析设计计算时，滑裂面是任意给定的，即前述的虚设计计算时，滑裂面是任意给定的，即前述的虚拟工作状态。因此，需要对各种可能的滑裂面均进行拟工作状态。因此，需要对各种可能的滑裂面均进行计算，从中找出安全系数最小的滑裂面，即认为是存计算，从中找出安全系数最小的滑裂面，即认为是存在潜在滑动最危险的在潜在滑动最危险的( (或最有可能的或最有可能的) )滑裂面。这种计滑裂面。这种计算工作量是相当大的，特别是当边坡外形和土层分布算工作量是相当大的，特别是当边坡外形和土层分布都比较复杂时，寻找最危险滑裂面位置相当困难。以都比较复杂时，寻找最危险滑裂面位置相当困难。以前，在计算手段有限的情况下，许多学者在寻找最危前，在计算手段有限的情况下，许多学者在寻找最危险滑裂面位置方面作了很大努力，通过各种途径探索险滑裂面位置方面作了很大努力，通过各种途径探索最危险滑弧位置的规律，制作图表、曲线，或将某类最危险滑弧位置的规律，制作图表、曲线，或将某类边坡归类分别总结出滑弧圆心的初始位置，以减少试边坡归类分别总结出滑弧圆心的初始位置，以减少试算工作量并尽可能找到最危险滑裂面。在今天，由于算工作量并尽可能找到最危险滑裂面。在今天，由于计算机的普遍采用，这些问题已经变得并不那么重要计算机的普遍采用，这些问题已经变得并不那么重要了。我们可充分利用计算机及编制相应的程序，而使了。我们可充分利用计算机及编制相应的程序，而使这种计算变得异常简单。这种计算变得异常简单。