无粘性土坡稳定性分析

发布于：2022-09-23 14:10:23 来自：建筑结构/地基基础 [复制转发]

无粘性土坡是由粗颗粒土所堆筑的土坡。相对而言，无粘性土坡的稳定性分析比较简单，可以分为下面两种情况进行讨论。

1.均质的干坡和水下坡

均质的干坡系指由一种土组成，完全在水位以上的无粘性土坡。水下土坡亦是由一种土组成，但完全在水位以下，没有渗透水流作用的无粘性土坡。在上述两种情况下，只要土坡坡面上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定，那么整个土坡就是稳定的。

在无粘性土坡表面取一小块土体来进行分析，设该小块土体的重量为W，其法向分力N = Wcosβ，切向分力T= Wsinβ。法向分力产生摩擦阻力，阻止土体下滑，称为抗滑力，其值为R = N·tgφ＝Ｗcosβ·tgφ。切向分力T是促使小土体下滑的滑动力。则土体的稳定安全系数F_s为：

式中：

φ——土的内摩擦角(°)；

β——土坡坡角(°)。

由上式可得如下结论：

（1）当坡角β=φ，F_s=1，即土坡处于极限平衡状态，此时β称为天然休止角。

↑天然休止角

（2）只要坡角β<φ（F_s>1），土坡就稳定，而且与坡高无关。

2.有渗透水流的均质土坡

当边坡的内、外出现水位差时，下游坡内的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的渗流而产生的渗透力作用。

已知平均水力梯度i，水流方向与水平面呈夹角θ，则沿水流方向的渗透力j=γ_wi。在坡面上取土体V中的土骨架为隔离体，其有效的重量为γ′V。分析这块土骨架的稳定性，作用在土骨架上的渗透力为

因此，沿坡面的全部滑动力，

包括重力和渗透力为

式中：

i——渗透坡降；

γ′——土的浮重度；

γ_w——水的重度；

φ——土的内摩擦角。

若水流在逸出段顺着坡面流动，即θ＝α。这时，流经路途ds的水头损失为dh，所以，有

由此可见，当逸出段为顺坡渗流时，土坡稳定安全系数降低倍数为γ′/γ_sat。式中γ′/γ_sat比值一般在0.4～0.5范围内，F_s变小，可知土坡更易于滑动，这就是为什么遇暴雨时粗颗粒土坡较干燥情况下易滑动的原因。要保持同样的安全度，有渗流逸出时的坡角比没有渗流逸出时要平缓得多。

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