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1、第10章 土坡和地基的穩(wěn)定性 1.簡(jiǎn)答題1. 土坡穩(wěn)定有何實(shí)際意義?影響土坡穩(wěn)定的因素有哪些?2. 何為無(wú)黏性土坡的自然休止角?無(wú)黏性土坡的穩(wěn)定性與哪些因素有關(guān)?3. 簡(jiǎn)述畢肖普條分法確定安全系數(shù)的試算過(guò)程? 4. 試比較土坡穩(wěn)定分析瑞典條分法、規(guī)范圓弧條分法、畢肖普條分法及楊布條分法的異同?5. 分析土坡穩(wěn)定性時(shí)應(yīng)如何根據(jù)工程情況選取土體抗剪強(qiáng)
2、度指標(biāo)和穩(wěn)定安全系數(shù)?6. 地基的穩(wěn)定性包括哪些內(nèi)容?地基的整體滑動(dòng)有哪些情況?應(yīng)如何考慮?7. 土坡穩(wěn)定分析的條分法原理是什么?如何確定最危險(xiǎn)的圓弧滑動(dòng)面?8. 簡(jiǎn)述楊布(Janbu)條分法確定安全系數(shù)的步驟。 2.填空題1. 2. 自然休止角3. 抗滑力矩,滑動(dòng)
3、力矩4. 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、,重度,土坡的坡角 ,坡高5. 法向,切向1.黏性土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的表達(dá)式為 。2.無(wú)黏性土坡在自然穩(wěn)定狀態(tài)下的極限坡角,稱為 。3.瑞典條分法穩(wěn)定安全系數(shù)
4、是指 和 之比。4.黏性土坡的穩(wěn)定性與土體的 、
5、 、 、 和 等5個(gè)參數(shù)有密切關(guān)系。5.簡(jiǎn)化畢肖普公式只考慮
6、了土條間的 作用力而忽略了 作用力。 3.選擇題1.B 2.B 3.C 5.C 6.A 7.C1.無(wú)粘性土坡的穩(wěn)定性,( B )。 A.與坡高無(wú)關(guān),與坡腳無(wú)關(guān)
7、160; B.與坡高無(wú)關(guān),與坡腳有關(guān) C.與坡高有關(guān),與坡腳有關(guān) D.與坡高有關(guān),與坡腳無(wú)關(guān) 2.無(wú)黏性土坡的穩(wěn)定性( B )。A.與密實(shí)度無(wú)關(guān) B.與坡高無(wú)關(guān)C.與土的內(nèi)摩擦角無(wú)關(guān)
8、 D.與坡角無(wú)關(guān)3.某無(wú)黏性土坡坡角=24°,內(nèi)摩擦角=36°,則穩(wěn)定安全系數(shù)為( C )A.K=1.46 B. K=1.50C.K=1.63 D. K=1.704. 在地基穩(wěn)定性分析中,如果采用分
9、析法,這時(shí)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)該采用下列哪種方法測(cè)定?( C )A.三軸固結(jié)不排水試驗(yàn) B.直剪試驗(yàn)慢剪C.現(xiàn)場(chǎng)十字板試驗(yàn) D.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)5. 瑞典條分法在分析時(shí)忽略了( A )。A.土條間的作用力B.土條間的法向作用力C.土條間的切向作用力6.簡(jiǎn)化畢肖普公式忽略了( C )。A.
10、土條間的作用力B.土條間的法向作用力C.土條間的切向作用力 4.判斷改錯(cuò)題1. ,只有黏性土坡的穩(wěn)定性才與坡高無(wú)關(guān)。2. ,只有最小安全系數(shù)所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面才是最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。 3. ,只適用于均質(zhì)土坡。4. 5. ,畢肖普條分法也適用于總應(yīng)力法1. 黏性土坡的穩(wěn)定性與坡高無(wú)關(guān)。2. 用條分法分析黏性土的穩(wěn)定性時(shí),需假定幾個(gè)可能的滑動(dòng)面,這些滑動(dòng)面均是最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。3. 穩(wěn)定數(shù)法適用于非均質(zhì)土坡。4.
11、60; 畢肖普條分法的計(jì)算精度高于瑞典條分法。5. 畢肖普條分法只適用于有效應(yīng)力法。 5.計(jì)算題1.一簡(jiǎn)單土坡,。(1)如坡角,安全系數(shù)K=1.5,試用穩(wěn)定數(shù)法確定最大穩(wěn)定坡高;(2)如坡高,安全系數(shù)仍為1.5,試確定最大穩(wěn)定坡角;(3)如坡高,坡角,試確定穩(wěn)定安全系數(shù)K。2. 某砂土場(chǎng)地經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得砂土的自然休止角,若取穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.2,問(wèn)開(kāi)挖基坑時(shí)土坡坡角應(yīng)為多少?若取,則K又為多少?3. 某地基土的天然重度,內(nèi)摩擦角,黏聚力, 當(dāng)采取坡度11開(kāi)挖坑基時(shí),其最大開(kāi)挖深度可為多少?4. 已知某挖方土坡,土的物理力學(xué)指標(biāo)為=18.9
12、,若取安全系數(shù),試問(wèn):(1)將坡角做成時(shí)邊坡的最大高度;(2)若挖方的開(kāi)挖高度為6m ,坡角最大能做成多大?5. 某簡(jiǎn)單黏性土坡坡高,邊坡高度為12,土的內(nèi)摩擦角,黏聚力,重度,坡頂作用著線荷載,試用瑞典條分法計(jì)算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。解: (1) 按比例繪出該土坡的截面圖,如圖10-1所示,垂直界面方向取1m長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算(作圖時(shí)宜畫大一些,圖10-1已縮小)。(2) 由土坡坡度 12查表9-1得角,作圖得E點(diǎn)?,F(xiàn)假定E點(diǎn)為滑動(dòng)圓弧的圓心,EA常作為半徑r,從圖上量得,作假設(shè)圓弧滑動(dòng)面AC。(3) 取土條寬度,共分為15個(gè)土條。取E點(diǎn)豎直線通過(guò)的土條為0號(hào),右邊分別為,左邊分別為。(4) 計(jì)算各土
13、條的重力。,其中為各土條的中間高度,可從圖中按比例量出。其中兩端土條(編號(hào)為“-5”和“9”)的寬度與不同,故要換算成同面積及同寬度b時(shí)的高度。換算時(shí)土條-5和9可視為三角形,算得其面積分別為和,得到土條-5和9的相應(yīng)高度分別為: 圖10-1 第9章 參考答案1 簡(jiǎn)答題1.【答】山區(qū)的天然山坡,江河的岸坡以及建筑工程中因平整場(chǎng)地、開(kāi)挖
14、基坑而形成的人工斜坡,由于某些外界不利因素的影響,造成邊坡局部土體滑動(dòng)而喪失穩(wěn)定性,邊坡的坍塌常造成嚴(yán)重的工程事故,并危及人身安全,因此,應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)倪吰陆孛妫扇『侠淼氖┕し椒?,必要時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算邊坡的穩(wěn)定性以及采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧赃_(dá)到保證邊坡穩(wěn)定。減少填挖土方量、縮短工期和安全節(jié)約的目的。影響邊坡穩(wěn)定的因素一般有一下幾個(gè)方面: (1)土坡作用力發(fā)生變化。例如由于在坡頂堆放材料或建造建筑物使坡頂受荷,或由于打樁、車輛行駛、爆破、地震等引起的震動(dòng)改變了原來(lái)的平衡狀態(tài)。 (2)土體抗剪的強(qiáng)度的降低。例如土體中含水量或孔隙水壓力的增加。 (3)靜水壓力的作用。例如
15、雨水或地面水流入土坡中的豎向裂縫,對(duì)土坡產(chǎn)生側(cè)向壓力,從而促進(jìn)捅破的滑動(dòng)。 (4)地下水在土壩或基坑等邊坡中的滲流常是邊坡失穩(wěn)的重要因素,這是因?yàn)闈B流會(huì)引起動(dòng)水力,同時(shí)土中的細(xì)小顆粒會(huì)穿過(guò)粗顆粒之間的孔隙被滲流挾帶而去,使土體的密實(shí)度下降。 (5)因坡腳挖方而導(dǎo)致土坡高度或坡腳增大。2. 【答】砂土的自然休止角:砂土堆積成的土坡,在自然穩(wěn)定狀態(tài)下的極限坡腳,稱為自然休止角,砂土的自然休止角數(shù)值等于或接近其內(nèi)摩擦角,人工臨時(shí)堆放的砂土,常比較疏松,其自然休止角略小于同一級(jí)配砂土的內(nèi)摩擦角。一般來(lái)講,無(wú)黏土土坡的穩(wěn)定性與坡高無(wú)關(guān),只和坡角、土的內(nèi)摩擦角有關(guān),且只要坡角小于土
16、的內(nèi)摩擦角就穩(wěn)定;當(dāng)無(wú)黏土土坡有滲流時(shí),除以上因素,還和土體本身的重度有關(guān)。3. 【答】可用文字?jǐn)⑹鲋?,下面以程序?jiǎn)圖描述之。 4. 【答】幾種方法的異同用表格簡(jiǎn)單表述如下:5. 【答】分析土坡穩(wěn)定時(shí)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選用下表:分析土坡穩(wěn)定時(shí)的安全系數(shù)見(jiàn)(JTJD30-2004)和(JTJ01796),也可選用下表:6. 【答】 地基的穩(wěn)定性包括以下主要內(nèi)容: 承受很大水平力或傾覆力矩的建(構(gòu))筑物; 位于斜坡或坡頂上的建(構(gòu))筑
17、物; 地基中存在軟弱土層,土層下面有傾斜的巖層面、隱伏的破碎或斷裂帶,地下水滲流等。地基的整體性滑動(dòng)有以下三種情況: 擋墻連同地基一起滑動(dòng)??捎每够睾突瑒?dòng)力矩的比值作為安全系數(shù)計(jì)算,也可用類似土坡的條分法計(jì)算,一般要求Kmin大于1.2; 當(dāng)擋土墻周圍土體及地基土都比較軟弱時(shí),地基失穩(wěn)時(shí)可能出現(xiàn)貫入軟土層深處的圓弧滑動(dòng)面。同樣可采用類似于土坡穩(wěn)定分析的條分法計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù),通過(guò)試算求得最危險(xiǎn)的圓弧滑動(dòng)面和相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)Kmin,一般要求Kmin1.2;當(dāng)擋墻位于超固結(jié)堅(jiān)硬黏性土層中時(shí),其滑動(dòng)面可沿著近似水平面的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生非圓弧滑動(dòng)面。計(jì)算是采用主(被)動(dòng)擋
18、墻的壓力公式,以抗滑力和滑動(dòng)力的比值計(jì)算,一般要求Kmin1.3。7. 【答】土坡穩(wěn)定分析的條分法的基本原理是:假定土坡沿著圓弧面滑動(dòng)、將圓弧滑動(dòng)體若干豎直的土條,計(jì)算各土條對(duì)圓弧圓心的抗滑動(dòng)力矩與滑動(dòng)力矩,由抗滑動(dòng)力矩與滑動(dòng)力矩之比(穩(wěn)定安全系數(shù))來(lái)判別土坡的穩(wěn)定性。這時(shí)需要選擇多個(gè)滑動(dòng)圓心,分別計(jì)算相應(yīng)的安全系數(shù),其中最小的安全系數(shù)對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面為最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。最小安全系數(shù)K<1為不穩(wěn)定,K=1為極限平衡,工程上要求的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為Kmin=1.11.5,重要工程的Kmin取較高值。 根據(jù)大量的實(shí)際資料,簡(jiǎn)單土坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心在圖10-6中確定的DF線上的E點(diǎn)附
19、近, D點(diǎn)的位置在坡腳A點(diǎn)下面h再向右取4.5h處(h為坡高);E點(diǎn)的位置與坡腳有關(guān)的兩個(gè)角度1和2的邊線的交點(diǎn),角1和2的數(shù)值見(jiàn)教材P259表10-6.當(dāng)土的內(nèi)摩擦角=0時(shí),圓弧的圓心在E點(diǎn);>0時(shí),圓心在E點(diǎn)的上方,試算時(shí)可在DE的延長(zhǎng)線上取幾個(gè)圓心O1,O2,,計(jì)算相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù),在垂直DE的方向按比例繪出各線段來(lái)代表各安全系數(shù)的數(shù)值,然后連成K值曲線,在該曲線最小的K值處做垂直線FG,然后在FG線上另取若干個(gè)圓心01',O2',計(jì)算出相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù),同樣可作出K'值曲線,并以K'值曲線上的最小值作為Kmm,而相應(yīng)的O為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心。8
20、. 【答】一般來(lái)講可按下述三步進(jìn)行:(1)先假設(shè)Hi=0;并假定Fs=1,算出mi帶入(式中)算出值和原前一值比較,迭代直到滿足精度要求;(2)再用力和極限平衡方程及力矩方程的公式,分別求出每一土條的Tfi,Pi及Hi,并計(jì)算出 Hi;(3)用新求出的 Hi重復(fù)步驟1,求出Fs的第二次近似值,并以此值重復(fù)步驟2計(jì)算每一土條的Tfi,Pi, Hi,直到前后計(jì)算的Fs達(dá)到某一精度要求。 2
21、; 填空題1. 2. 自然休止角3. 抗滑力矩,滑動(dòng)力矩4. 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、,重度,土坡的坡角 ,坡高5. 法向,切向 3
22、 選擇題1.B 2.B 3.C 5.C 6.A 7.C 4 判斷改錯(cuò)題1. ,只有黏性土坡的穩(wěn)定性才與坡高無(wú)關(guān)。2. ,只有最小安全系數(shù)所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面才是最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。 3. ,只適用于均質(zhì)土坡。4. 5. ,畢肖普條分法也適用于總應(yīng)力法。 5
23、; 計(jì)算題1. 解: (1)由、查Ns-S圖(見(jiàn)下圖10-2)得,代入式(10-6),得: 圖10-2
24、60; (2) 由、查Ns-S圖得。(3)由、查Ns-S圖得,代入式(10-6),得:
25、60; 2. 解: 3. 解:由、,查Ns-S圖得,代入式(10-6),得: 4. 解:(1)由、查Ns-S圖得,代入式(10-6),得:
26、60; (2)
27、60; 由、查Ns-S圖得。5. 解:列表計(jì)算各土條的、和,見(jiàn)下表所示,其中 (1) 量出AC弧的圓心角,計(jì)算AC弧長(zhǎng): (2) 計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)。由于、為常量,同時(shí)坡頂作用由荷載Q,故可將式(10-9)改寫成如下形式,并代入各值進(jìn)行計(jì)算:
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