土體穩定性

土體的一部分抵抗另一部分在自重和外載荷作用下沿着潛在滑裂面發生剪切破壞的安全程度。土坡穩定性、地基承載力和擋土結構穩定性，都屬於土體穩定性範疇。常用的確定土體穩定性的方法是極限平衡法。

天然的、人工填築的和開挖的土質邊坡抵抗沿潛在滑裂面發生滑坡的安全程度。在無黏性土坡中滑裂面的形狀近似於直線，而在黏性土坡中則呈曲線或複合形狀。常用的土坡穩定性分析方法是剛塑體極限平衡法，其中條分法應用最為廣泛。它最早由瑞典人K.E.彼德森(K.E.Petterson)提出，通常稱為瑞典條分法。此法假定土體穩定性是平面應變問題，滑裂面是圓柱面，將滑動土體分成若干垂直土條，不考慮土條間的作用力，見圖1。

圖1 滑動土條上的作用力

Wi—土條自重;Vi，Hi，Vi+1，Hi+1一條間力;Ni—徑向反力;Ti—切向反力;ui—孔隙壓力;bi—土條寬;li—土條底邊長;α—傾斜角

實踐表明上法往往給出偏小的安全係數值，且孔隙水壓力愈大，誤差愈大。目前已發展了許多考慮條塊間作用力的方法，其中以摩根斯坦-潑賴斯(Mogenstern-Price)法最為嚴格，它導出了滿足靜力平衡和變形協調的微分方程，再根據邊界條件求解，但計算工作量大，必須用計算機實施;簡化畢肖普(A.W.Bishop)法較為簡便，它假定土條間作用力的合力呈水平方向。

經多次迭代求解，計算結果與其他嚴格方法很接近，因而為目前工程上常用的方法。

從20世紀60年代開始研究用有限元法算出土坡內各點的應力，然後將滑動面上的剪應力與抗剪強度相比較，算出安全係數值，但在實際工程中尚少應用。 ^[1] 

土坡穩定分析時，需試算若干滑動面，求出安全係數最小的滑動面，即最危險滑動面，以及相應的安全係數最小值，它必須大於規定的數值，以保證一定的安全儲備。如果穩定安全係數不夠或發生滑坡，應考慮放緩邊坡，以降低土體內的剪應力，或採取減小土體內孔隙壓力的措施以及其他加固措施。

圖2 地基滑動面

Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ—極限平衡區;a—滑裂面;p—基礎載荷;D—基礎埋置深度;B—基礎寬度

地基在自重和外載荷作用下抵抗剪切破壞的能力。地基土的一部分沿着圖2中的滑裂面發生剪切破壞前的最大載荷稱為極限載荷，此時地基對基礎的反力稱為地基的極限承載力。極限載荷可根據極限平衡理論求解，但由於影響因素很多，目前尚無嚴格的一般解析解。

在生產實踐中應用較多的是太沙基公式和漢森公式。將極限承載力除以2～3的安全係數後得地基的允許承載力。採取地基加固措施，增加土體的抗剪強度及增加基礎的埋置深度都是提高地基承載力的有效措施。

擋土結構在自重、外載荷及土壓力作用下抵抗滑動和傾覆的安全程度。它在很大程度上取決於作用在擋土結構上的土壓力。擋土結構一般分重力式和懸臂式兩類，前者靠自重保證其穩定性，而後者靠自重及結構物後面底板上的土重來保證其穩定性。

擋土結構有許多新型式，如錨定板式、錨杆式以及加筋土擋土結構等，其穩定分析方法各具特點。

當土體受到荷載作用後，土中各點產生法嚮應力和剪應力。在剪應力作用下，土體發生剪切變形。若某點剪應力達到該點的抗剪強度，土體即沿着剪應力作用方向產生相對滑動，此時稱為該點的強度破壞。如荷載繼續增加，則剪應力達到抗剪強度的區域（即塑性區）愈來愈大，最後形成連續的滑動面，使一部分土體相對另一部分土體產生滑動，使整個土體強度破壞而失穩。土體穩定性取決於土體強度和變形兩大因素。 ^[2]