第7章 土坡稳定性分析

7.1.1 土坡的类型

• 天然土坡：自然形成的山坡、河岸、海岸等
• 人工土坡：如路堤、路堑、基坑边坡、堤坝等
• 简单土坡：均质、坡面单一、无地下水的土坡
• 复杂土坡：非均质、多层、有地下水或渗流的土坡

7.1.2 土坡失稳的主要原因

• 土坡过陡，超过了土体的自然休止角
• 土的抗剪强度降低（如雨水入渗、振动等）
• 土坡顶部荷载过大
• 地下水或渗流的影响
• 地震、爆破等动力荷载

7.1.3 土坡稳定分析的方法分类

• 极限平衡法：条分法、滑楔法等
• 极限分析法：上限法、下限法
• 数值分析方法：有限元法、有限差分法等
• 可靠度分析法：考虑参数的随机性

7.2.1 基本原理

无黏性土坡的稳定性主要取决于土的内摩擦角和土坡坡度。

对于均质无黏性土坡，其稳定安全系数定义为：

其中：

• Fs：稳定安全系数
• φ：土的内摩擦角（°）
• β：土坡的坡角（°）

7.2.2 无黏性土坡的稳定性条件

• 当Fs > 1时，土坡稳定
• 当Fs = 1时，土坡处于极限平衡状态
• 当Fs < 1时，土坡不稳定

为了保证工程安全，实际设计中通常要求Fs ≥ 1.2~1.5。

7.2.3 有渗流时的稳定性分析

当无黏性土坡中有渗流且溢出坡脚时，应考虑渗透力的影响。此时，稳定安全系数为：

其中：

• γ'：土的有效重度（kN/m³）
• γsat：土的饱和重度（kN/m³）

7.3.1 条分法的基本原理

条分法是分析黏性土坡稳定性的常用方法，其基本思想是将滑动土体划分为若干土条，计算各土条的抗滑力矩和滑动力矩，然后求稳定安全系数。

7.3.2 瑞典条分法（Fellenius法）

瑞典条分法假设滑动面为圆弧，忽略土条间的相互作用力。稳定安全系数计算公式为：

其中：

• cᵢ：第i条土的黏聚力（kPa）
• lᵢ：第i条土滑动面的长度（m）
• Wᵢ：第i条土的重量（kN）
• θᵢ：第i条土滑动面中点处的法线与垂线的夹角（°）
• φᵢ：第i条土的内摩擦角（°）

7.3.3 毕肖普条分法（Bishop法）

毕肖普条分法考虑了土条间的水平作用力，是一种更精确的方法。稳定安全系数计算公式为：

其中：

• bᵢ：第i条土的宽度（m）
• uᵢ：第i条土滑动面上的孔隙水压力（kPa）

7.3.4 滑动面的确定

对于均质黏性土坡，临界滑动面通常通过试算确定：

• 对于简单土坡，可假设滑动圆心位于法向平面内
• 对于复杂土坡，需要考虑多种可能的滑动面
• 通过计算不同滑动面的安全系数，找到最小安全系数对应的滑动面

7.4.1 成层土坡的稳定性分析

成层土坡的稳定性分析需要考虑各土层的物理力学性质差异：

• 滑动面可能穿过不同的土层
• 各层土的抗剪强度参数不同
• 需要采用条分法进行分析，对不同土层采用不同的强度参数

7.4.2 有地下水时的稳定性分析

地下水对土坡稳定性的影响主要表现为：

• 增加了土的自重
• 产生孔隙水压力，降低了有效应力
• 可能产生渗透力，增加下滑力

计算时应采用有效应力法，考虑孔隙水压力的影响。

7.4.3 地震作用下的土坡稳定性分析

地震作用下的土坡稳定性分析通常采用拟静力法：

其中Kₕ为水平地震系数。

7.4.4 非圆弧滑动面的稳定性分析

对于某些特殊土坡，滑动面可能不是圆弧，此时可采用：

• 传递系数法（不平衡推力法）
• 简化Bishop法的扩展形式
• 有限元法等数值分析方法

7.5.1 土坡稳定的主要影响因素

• 土的性质：土的重度、内摩擦角、黏聚力等
• 土坡形态：坡高、坡角、坡面形态等
• 外部荷载：坡顶荷载、地震荷载等
• 地下水：水位变化、渗流情况等
• 时间效应：土体的蠕变、长期强度降低等

7.5.2 土坡失稳的防治措施

1. 削坡减载

• 放缓坡角
• 降低坡高
• 在坡顶卸载

2. 支挡结构

• 挡土墙
• 抗滑桩
• 锚杆（索）
• 土钉墙

3. 排水措施

• 地表排水：截水沟、排水沟
• 地下排水：盲沟、排水孔、井点降水

4. 改良土性

• 灌浆加固
• 水泥土搅拌桩
• 加筋土
• 土工合成材料应用

7.5.3 土坡监测与预警

为了及时发现土坡的不稳定迹象，需要进行以下监测：

• 地表位移监测
• 地下位移监测（测斜仪）
• 孔隙水压力监测
• 应力监测
• 降雨监测