土坡稳定分析的几个问题讨论

　　土坡就是具有倾斜坡面的土体。土坡有天然土坡，也有人工土坡。天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道。
　　土坡稳定分析是土木工程领域的热门研究课题之一，在岩土工程工程中占据相当重要的地位。土坡稳定性分析包括无粘性土坡的稳定分析、粘性土坡的稳定分析。目前，工程中常用的方法有圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法。随着数值分析方法在工程领域应用的成熟，人们常用有限元法进行坡体稳定分析，另外，还有些学者尝试采用其他数学方法进行坡体稳定分析。
　　本文仅针对常用的分析方法中几个所要注意的问题，阐明浅显的看法。
　　1、无粘性土坡稳定分析
　　无粘性土坡的稳定分析，主要考虑两种情况下即全干或全淹没情况、有渗透情况下的稳定分析方法。这要求分析坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况土坡稳定安全系数及系数之间相互的关系。
　　2、粘性土坡的稳定分析
　　粘性土坡的稳定分析，主要采用整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法。主要采用圆弧法进行土坡稳定分析及在几种特殊条件下土坡稳定分析。
　　以下仅对土坡稳定分析过程中需要比较和取值的问题做简单介绍：
　　1、关于挖方边坡和天然边坡
　　天然存在的土坡是在天然地层中形成的，与人工填筑土坡相比有独特之处。对均质挖方土坡和天然土坡稳定性分析，与人工填筑土坡相比，求得的安全系数比较符合实测结果，但对于超固结裂隙粘土，计算的安全系数虽远大于1，表面上看来已稳定，实际上都已破坏，这是由超固结粘土的特性决定的。随着剪切变形的增加，抗剪力增大到峰值强度，随后降至残余值，特别是粘聚力下降较大，甚至接近于零，这些特性对土坡稳定性有很大影响。
　　2、关于圆弧滑动法
　　在工程设计中常假定土坡滑动面为圆弧面，建立这一假定的稳定分析方法，称为圆弧滑动法。圆弧法的基本假设是均质粘性土坡滑动时，其滑动面常近似为圆弧形状，假定滑动面以上的土体为刚性体，即设计中不考虑滑动土体内部的相互作用力，假定土坡稳定属于平面应变问题。它是极限平衡法的一种常用分析方法。该法把滑动面简单地当做圆弧，并认为滑动土体是刚性的，没有考虑分条之间的推力，或只考虑分条间水平推力(毕肖普公式)，故计算结果不能完全符合实际，但由于计算概念明确，且能分析复杂条件下土坡稳定性，所以在各国实践中普遍使用。由均质粘土组成的土坡，该方法可使用，但由非均质粘土组成的土坡，如坝基下存在软弱夹层或土石坝等，其滑动面形状发生很大变化，应根据具体情况，采用非圆弧法进行计算比较。不论用哪一种方法．都必须考虑渗流的作用。
　　3、土的抗剪强度指标选用问题
　　选用的土抗剪强度指标是否合理，对土坡稳定性分析结果有密切关系，如果使用过高的指标值来设计土坝，就有发生滑坡的可能。因此，应尽可能结合边坡实际加荷情况、填料性质和排水条件等，去合理选用土的抗剪强度指标。
　　4、安全系数选用问题
　　从理论上讲，处于极限平衡状态的土坡，其安全系数K＝1，所以：若设计土坡时的K>1，就应满足稳定要求，但实际工程中，有些土坡安全系数虽大于1，还是发生了滑动；而有些土坡安全系数小于1，却是稳定的。这是因为影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用、计算方法的选择、计算条件的选择等。目前对土坡稳定容许安全系数的数值，各部门尚无统一标准，选用时要注意计算方法、强度指标和容许安全系数必须相互配合，并要根据工程不同情况，结合当地已有经验加以确定。
　　5、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法
　　由于许多情况下土体内存在孔隙水压力，因此，在讨论边坡稳定计算方法中，作用在滑动土体上的力是用总应力表示还是用有效应力表示，这是一个十分重要的问题。
　　当土坡中因某种原因存在孔隙水压力，计算摩阻力时如果扣除孔隙水压力，完全由有效应力计算，抗剪强度指标应用有效强度指标，这样的分析方法称为有效应力法；如果不扣除孔隙水压力，摩擦阻力直接用公式了Tfi＝Nitgφ计算，这就是总应力法。
　　各个控制时期如何应用总应力法和有效应力法，其基本规律如下：
　　(1)稳定渗流期土坡稳定分析，由于坝体内各点的孔隙水压力均能由流网确定，因此原则上用有效应力法分析，而不用总应力法。
　　(2)施工期的边坡稳定分析，可以分别用总应力法和有效应力法，前者不直接考虑孔隙水压力的影响，后者必须先计算施工期填土内孔隙水压力的发生和发展情况，然后才能进行稳定计算。
　　(3)地震对边坡稳定的影响有两种作用：一是在边坡土体上附加作用一个随时间变化的加速度，因而产生随时间变化的惯性力，促使边坡滑动；另一种作用是振动使土体趋于变密，引起孔隙水压力上升，即产生振动孔隙水压力，从而减小土的抗剪强度。对于密实的粘性土，惯性力是主要作用，对于饱和、松散的无粘性土和低塑性粘性土，则第二种的作用影响更大。目前，有效应力法进行地震边坡稳定分析尚有一定的难度，一般情况下均采用总应力法。计算时将随时间变化的惯性力等价成一个静的地震惯性力，作用在滑动土体上，故称拟静力法。
　　土坡稳定的问题从可靠度方面来研究还没有达到实用化的程度，还不够成熟．考虑复杂因素的计算也有待改进。譬如，膨胀土边坡和地基的稳定性、有加强体（如土工织物）存在时的稳定性、滑动面为空间曲面的情况、有动力荷载下的情况、滑动从软弱区开始逐步扩展的情况以及考虑蠕变的稳定性等等。在稳定分析中一个极其普遍而实际的问题是强度指标的选用，不管快剪还是固结快剪指标，拿到什么用什么显然是不合适的。强度指标对安全系数的影响实际上比计算方法的影响更大，是值得重视的。
　　土力学作为独立的学科，已有70年的历史。70年对一门学科的发展来说，犹如早晨八九点钟的太阳，正处在蓬勃发展的阶段。土体十分复杂，这给土力学学科的发展增加了难度，也提供了宽阔的余地，土力学学科中已有些成熟的理论，但更多的是不完善、不成熟，大部分领域都有值得深入研究的课题。随着科学技术的飞速发展，预期在不久的将来土力学学科也必将出现多方面的重大突破。

《土坡稳定分析的几个问题讨论》

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