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。
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。
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Fs为:
(1)当坡角β=φ,Fs=1,即土坡处于极限平衡状态,此时β称为天然休止角。
(2)只要坡角β<φ(Fs>1),土坡就稳定,而且与坡高无关。
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=γwi。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
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′/γsat。式中γ′/γsat比值一般在0.4~0.5范围内,Fs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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知识点:无粘性土坡稳定性分析