[科普中国]-土体稳定性

土体的一部分抵抗另一部分在自重和外载荷作用下沿着潜在滑裂面发生剪切破坏的安全程度。

简介土体的一部分抵抗另一部分在自重和外载荷作用下沿着潜在滑裂面发生剪切破坏的安全程度。土坡稳定性、地基承载力和挡土结构稳定性，都属于土体稳定性范畴。常用的确定土体稳定性的方法是极限平衡法。

土坡稳定性瑞典条分法天然的、人工填筑的和开挖的土质边坡抵抗沿潜在滑裂面发生滑坡的安全程度。在无黏性土坡中滑裂面的形状近似于直线，而在黏性土坡中则呈曲线或复合形状。常用的土坡稳定性分析方法是刚塑体极限平衡法，其中条分法应用最为广泛。它最早由瑞典人K.E.彼德森(K.E.Petterson)提出，通常称为瑞典条分法。此法假定土体稳定性是平面应变问题，滑裂面是圆柱面，将滑动土体分成若干垂直土条，不考虑土条间的作用力，见图1。

图1 滑动土条上的作用力

Wi—土条自重;Vi，Hi，Vi+1，Hi+1一条间力;Ni—径向反力;Ti—切向反力;ui—孔隙压力;bi—土条宽;li—土条底边长;α—倾斜角

毕肖普(A.W.Bishop)法实践表明上法往往给出偏小的安全系数值，且孔隙水压力愈大，误差愈大。目前已发展了许多考虑条块间作用力的方法，其中以摩根斯坦-泼赖斯(Mogenstern-Price)法最为严格，它导出了满足静力平衡和变形协调的微分方程，再根据边界条件求解，但计算工作量大，必须用计算机实施;简化毕肖普(A.W.Bishop)法较为简便，它假定土条间作用力的合力呈水平方向。

经多次迭代求解，计算结果与其他严格方法很接近，因而为目前工程上常用的方法。

从20世纪60年代开始研究用有限元法算出土坡内各点的应力，然后将滑动面上的剪应力与抗剪强度相比较，算出安全系数值，但在实际工程中尚少应用。1

土坡稳定分析土坡稳定分析时，需试算若干滑动面，求出安全系数最小的滑动面，即最危险滑动面，以及相应的安全系数最小值，它必须大于规定的数值，以保证一定的安全储备。如果稳定安全系数不够或发生滑坡，应考虑放缓边坡，以降低土体内的剪应力，或采取减小土体内孔隙压力的措施以及其他加固措施。

图2 地基滑动面

Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ—极限平衡区;a—滑裂面;p—基础载荷;D—基础埋置深度;B—基础宽度

地基承载力地基在自重和外载荷作用下抵抗剪切破坏的能力。地基土的一部分沿着图2中的滑裂面发生剪切破坏前的最大载荷称为极限载荷，此时地基对基础的反力称为地基的极限承载力。极限载荷可根据极限平衡理论求解，但由于影响因素很多，目前尚无严格的一般解析解。

在生产实践中应用较多的是太沙基公式和汉森公式。将极限承载力除以2～3的安全系数后得地基的允许承载力。采取地基加固措施，增加土体的抗剪强度及增加基础的埋置深度都是提高地基承载力的有效措施。

挡土结构稳定性挡土结构在自重、外载荷及土压力作用下抵抗滑动和倾覆的安全程度。它在很大程度上取决于作用在挡土结构上的土压力。挡土结构一般分重力式和悬臂式两类，前者靠自重保证其稳定性，而后者靠自重及结构物后面底板上的土重来保证其稳定性。

挡土结构有许多新型式，如锚定板式、锚杆式以及加筋土挡土结构等，其稳定分析方法各具特点。

影响因素当土体受到荷载作用后，土中各点产生法向应力和剪应力。在剪应力作用下，土体发生剪切变形。若某点剪应力达到该点的抗剪强度，土体即沿着剪应力作用方向产生相对滑动，此时称为该点的强度破坏。如荷载继续增加，则剪应力达到抗剪强度的区域（即塑性区）愈来愈大，最后形成连续的滑动面，使一部分土体相对另一部分土体产生滑动，使整个土体强度破坏而失稳。土体稳定性取决于土体强度和变形两大因素。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学