土力学简答题.docx

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土力学简答题

粘性土颗粒为什么会带电？

答：

粘性土颗粒带电的原因有：

（1）离解：

指晶体表面的某些矿物在水介质中产生离解，离解后阳离子扩散于水中，阳离子留在颗粒表面。

（2）吸附作用：

指晶体表面的某些矿物把水介质中一些带电荷的离子吸附到颗粒的表面。

（3）同象置换：

指矿物晶格中高价的阳离子被低价的阳离子置换，产生过剩的未饱和负电荷。

毛细现象对工程有何影响？

答：

毛细水的上升对建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸湿和冻胀等有重要影响。

此外，在干旱地区，地下水中的可溶盐随毛细水上升后不断蒸发，盐分便积聚于靠近地表处而形成盐渍土。

什么是土的灵敏度和触变性？

其在工程中有何应用？

答：

土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑后的强度之比来表示的，它反映了土的结构性对强度的影响。

土的灵敏度愈高，结构性愈强，受扰动后土的强度降低的越多，所以在基础施工中应注意保护基槽，尽量减少土结构的扰动。

土的触变性是指黏性土结构受到扰动，强度降低，当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增大，这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质，即为土的触变性。

例如：

在黏性土中打桩，可利用土的灵敏度，将桩打入；利用土的触变性，可保证桩的承载力满足要求。

为什么细粒土压实时存在最优含水量？

答：

当含水量很小时，颗粒表面的水膜很薄，要使颗粒相互移动需要克服很大的粒间阻力，因而需要消耗很大的能量。

这种阻力可那来源于毛细压力或者结合水的剪切阻力。

随着含水量的增加，水膜加厚，粒间阻力必然减小，水起润滑作用，使土粒易于移动而形成最优的密实排列，压实效果就变好；但当含水量继续增大，以致土中出现了自由水，压实时，孔隙水不易排出，形成较大的孔隙压力，势必阻止土粒的靠拢，所以压实效果反而下降

砂土、粉土、粘性土的工程分类时，采用的指标为什么不一样？

答：

影响土的工程性质的三个主要因素是土的三相组成、物理状态、结构性。

对粗粒土，其工程性质主要取决于颗粒及其级配。

对细粒土，其工程性质主要取决于土的吸附结合水的能力，因而多采用稠度指标来反映。

什么是粘性土的界限含水量？

什么是土的液限、塑限、缩限、塑性指数和液性指数？

影响土的渗透性的主要因素有哪些？

答：

土的渗透系数的影响因素有：

土的密实度或孔隙比；土的颗粒尺寸及级配；土的饱和度；土颗粒的矿物组成；土的结构；水的温度。

影响土的渗透系数的还有其他因素，但最主要的是土的颗粒性质和孔隙比。

在进行渗透试验时，为什么要求土样充分饱和？

如果未完全饱和，在试验中测出的渗透系数是偏大还是偏小？

产生这种结果的原因是什么？

答：

由于土体的饱和度对渗透系数的量测具有很重要的影响，所以在渗透试验中应尽量达到完全饱和，以减小饱和度所造成的不确定性的影响。

如果土样没有完全饱和，其中的封闭气泡不仅减小了土的过水断面，而且还可以堵塞一些孔隙通道，会使测得的渗透系数偏小。

用达西定律计算出的渗透流速是不是土中的实际流速？

如果不是，它们在物理概念上有何区别？

答：

不是。

达西定律计算出的渗透流速是单位时间通过单位截面积的水量，其中的截面积包括土粒骨架的面积和孔隙面积之和，因此，此流速实际上它只是土体中的一个表观流速，并不代表水在土颗粒形成的孔隙水的实际流速。

由于土颗粒排列的任意性，在土中渗流水的实际流速的方向和大小各点都是不同的，是随孔隙的分布和大小而变化的。

由于真实的过水面积小于实际横截面面积，所以实际流速一般大于计算出的渗透流速。

渗透系数的常用测定方法有哪些？

这些方法有何优缺点，各自适用于什么条件？

答：

确定土的渗透系数可以通过室内试验和现场试验，其中室内试验从试验原理来看，可以分为常水头法和变水头法两种测定方法，土的渗透系数的现场测定常采用井孔抽水试验或井孔注水试验。

室内试验的优点是设备简单，花费较少，因此在工程重得到普遍采用；但是一般来讲，取得具有代表性的原状土样是相当困难的，再加上室内试验对现场条件（如饱和度、密实度和温度等）的模拟也很难达到和实际情况完全一致，因此室内试验的最大缺点是其测定的渗透系数往往很难准确反映现场土的实际渗透性质。

现场试验的优点是直接在原位进行试验，因此确定的渗透系数更接近工程的实际情况；缺点是试验费用高，所用时间也相对较长。

常水头试验常用于粗粒土，如粗、中砂和砾石等渗透系数大于s的土；变水头试验适用于细粒土，如粉细砂、粉土和粘土；现场试验可以测得原位土的渗透系数的平均值，结果较为可靠。

砂土、粗粒土（指卵石、砾石等）、粘土的渗透规律有何不同？

为什么只有粘性土由起始水力坡降？

为什么有些粘性土孔隙比大于无粘性土的孔隙比，而渗透性粘性土却小于无粘性土？

什么叫渗透压力？

其大小、方向如何确定？

渗流土体中某点的渗透压力、孔隙水压力、压力水头在概念上是否完全相同？

渗透压力对土中应力的计算有何影响？

土中渗透压力越大，是否会使土更密，强度更高，为什么？

答：

渗流土体中引起的孔隙水压力u，在水力学中被称为动水压力或渗透压力，其大小为测压管水头高度h所产生的压强，在各个方向是相等的。

渗流土体中某点的渗透压力、孔隙水压力、压力水头在概念上是相同的。

土中任意点的渗透压力u在各个方向上的作用力大小是相等的，它除了使土颗粒受到浮力外，只能使土颗粒受到静水的压缩。

由于土颗粒的压缩模量是很大的，故土粒本身的压缩可忽略不计。

渗透压力因其无法使土颗粒间产生滑移，不对土的应力、变形等力学性质产生影响，渗透压力的增大也不会使土压密或强度提高。

什么叫渗透力？

它与渗透压力有何区别？

为什么说它是一种体积力？

渗透力是作用在整个渗流土体上还是作用在土骨架上的体积力？

渗透力的大小、方向、作用点如何确定？

答：

当水通过土体发生渗流时，会对土颗粒产生绕流、摩擦、拖曳作用，使土颗粒受到沿渗流方向作用的体积力，称为渗透力。

与渗透压力不同，它能改变土体内部的有效应力，在土体的强度、变形及稳定分析中，具有重要的影响，而且会使土体产生渗透变形，是引起流土、管涌等渗透破坏的重要因素。

渗透力表示的是水流对单位体积土体颗粒的作用力，是由水流的外力转化为均匀分布的一种体积力；渗透力普遍作用于渗流场总所有的土颗粒骨架上，而不是作用在整个渗流土体上；渗透力的方向与渗流的方向一致，其大小为该体积中的水力坡降与水容重的乘积，作用于土体的重心。

渗透力是如何引起渗透破坏的？

渗透破坏有哪几种形式？

在工程上有何危害？

防治渗透破坏的工程措施有哪些？

其工作原理是什么？

答：

渗透力能改变土体内部的有效应力，会对土体的强度、变形等产生重要的影响。

土颗粒在渗透力作用下会产生变位或产生土粒的移动，从而会造成渗透破坏。

渗透破坏主要有流土、管涌两种形式。

流土会使土体整体被抬起或者颗粒同时悬浮，一般最先出现在渗流出溢处的表面，而后向内部波及，对土工建筑物和地基危害极大；管涌会使土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中被渗透水流带走以至流失，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷等后果，会带来重大的工程危害。

预防流土现象发生的关键是控制逸出处的水力坡降，使其小于允许坡降的范围，可采取以下几种措施：

（1）在上游设置垂直防渗或水平防渗设施，垂直防渗有地下连续墙、板桩、齿槽、帷幕灌浆等。

水平防渗是上游不透水铺盖、这些方法在水利工程中是经常采用的，其原理是增加渗径，减少水力坡降。

（2）在下游设置减压沟、减压井，贯穿上部弱透水层，使局部较高的水力坡降降下来；或在弱透水层上加盖重，这种盖重可以是弱透水土层，它可以增大渗径，减小水力坡降。

预防管涌的发生要从改变水力和几何两个方面来考虑：

（1）改变水力条件以降低土层内部和逸出处的水力坡降，如设置防渗设施等；

（2）改变几何条件，亦即在渗流逸出部位设置反滤层以保护土中细颗粒不被带走。

地下水位升降对土中自重应力的分布有何影响？

对工程实践有何影响？

答：

（1）地下水位变化会引起地基土体中自重应力的变化，若地下水位下降，则地基中的竖向有效自重应力增加；若水位上升，则地基中有效自重应力减少。

（2）自重应力改变将造成土体新的变形。

例如由于大量抽取地下水，致使地下水位下降，使地基中原水位以下的土体中有效自重应力增加，会造成大面积地面沉降。

计算地基附加应力时，有哪些基本假定？

答：

地基中的应力状态是非常复杂的。

目前采用的地基中附加应力计算方法，是根据弹性理论推导而来的。

因此，需要对地基作以下假定：

（1）地基是半无限弹性体；

（2）地基是均匀连续的，即变形模量和侧压力系数各处相等；（3）地基土是各向同性的，即同一点的变形模量和侧压力系数在各个方向相等。

影响基底压力分布的因素有哪些？

在什么情况下可将基底压力简化为直线分布？

答：

（1）基底压力的分布与多种因素有关，如基础的形状、尺寸、刚度、埋深、地基土性质以及荷载大小及分布等。

（2）据弹性力学中圣维南原理，基础下与其底面距离大于基底尺寸的土中应力分布主要取决于荷载合力的大小和作用点位置，基本不受基底压力分布形式的影响，因此对于有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独基础和墙下条形基础，其基底压力可近似按直线分布计算。

由于开挖基坑面积很大，且开挖后又搁置较长时间才建基础，此时应如何考虑基底附加压力的影响？

双层地基对土中应力分布有何影响？

答：

双层地基有两种情况：

当岩层上覆盖着可压缩土层时，即双层地基上软下硬，这时在荷载作用下地基将发生应力集中现象，岩层埋深愈浅，应力集中的影响愈显著。

当硬土层覆盖在软弱土层上时，即双层地基上硬下软这时在荷载作用下地基将发生应力扩散现象，上覆硬土层厚度愈大，应力扩散现象愈显著。

扩散效应还与上下土层的变形模量和泊松比有关。

地基土的非匀质性和各向异性对土中应力分布有何影响？

在计算地基中自重应力和荷载作用下附加应力时，作了哪些假设？

请谈谈这些假设可能带来的影响。

答：

在计算地基中自重应力时，假设天然地基为水平均质各向同性半无限体，各土层分界面为水平面。

在计算地基附加应力时，将地基视为半无限各向同性弹性体，假定地基土是各向同性的，均质的线形变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把地基土看出是均质的线形变形半空间。

把基底压力看成柔性荷载，不考虑基础刚度的影响。

经验表明采用半无限弹性体计算地基中附加应力对大多数天然地基来说基本上可以满足工程应用要求。

但对双层地基、横向各向同性、模量随深度增大等情况误差较大。

由于双层地基中，当上硬下软时，荷载作用下发生应力扩散现象，上软下硬时，发生应力集中现象。

对模量随深度增大的地基，也发生应力集中现象。

对横向各向同性体地基，地基中竖向附加应力将发生应力扩散现象。

地基中附加应力的传播、扩散有什么规律？

各种荷载、不同形状基础中各点附加应力计算有何异同？

地基变形的大小是由什么因素决定的？

答：

地基变形的大小，主要取决于以下两个方面：

一方面取决于建筑物荷载的大小和分布；另一方面取决于地基土层的类型、分布、各土层厚度及其压缩性。

说明固结度的物理意义？

不同的无限均布荷载骤然作用于某一土层，要达到同一固结度所需时间有无区别？

答：

无区别。

因为同一土层固结度相同，其时间因数相同，则达到同一固结度所需时间相同。

试述地基在局部荷载作用下总沉降由几部分组成？

写出各自定义。

答：

（1）地基在局部荷载作用下总沉降有三部分：

瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降。

（2）瞬时沉降又称初始沉降，土体在施加荷载瞬时虽无压缩，但剪应力增量会使单元体立即发生剪切变形。

固结沉降即土体因孔隙水排出面压缩产生的沉降；次固结沉降是渗透固结过程终止后，土体在不变的有效应力作用下，仍可极其缓慢地继续蠕动变形而压缩（这与颗粒周围结合水的挤出以及土骨架的压缩和屈服有关）。

在大面积开挖基坑中，如何考虑坑底回弹对基础沉降量的影响？

什么是地基压缩层深度？

如何确定？

在分层总和中，为什么用基础地面中心点下附加应力计算地基最终沉降量。

答：

分层总和法假定地基土侧向不变形，这使计算结果偏小；取基底中心点下的地基中的附加应力计算基础的平均沉降使计算结果偏大。

因此它们在一定程度上得到了相互弥补。

试述用规范法和分层总和法计算沉降量的区别？

大的建筑物常有主楼和翼楼，主楼往往比较高大，从沉降角度考虑，应先施工哪一部分比较合理，为什么？

答：

先施工主楼。

因为主楼在地基中产生的附加应力大，如先施工翼楼，后建的主楼会对翼楼的沉降产生很大影响。

在厚度相同的正常固结土和超固结土上，施加同样大小的压力增量，土层压缩量是否相同，为什么？

答：

不同。

因为土的固结程度不同，正常固结土的压缩量大于超固结土的压缩量。

试说明软粘土地基在荷载作用下产生初始沉降、固结沉降和次固结沉降的机理。

答：

总沉降=初始沉降+固结沉降+次固结沉降

初始沉降：

是在附加应力作用下土体体积保持不变的情况下产生的土体偏斜变形引起的那部分沉降。

它与地基土的侧向变形密切相关，由于基础边缘土中应力集中，即使施工荷载很小，瞬时沉降亦可出现，而且新的增量随施工荷载期荷载的增长而即时发生，直至施工期结束时，停止发展并在随后的建筑物恒载作用下保持不变。

固结沉降：

是土体在附加应力作用下产生固结变形引起的沉降，持续时间长与地基土层厚度、排水条件、固结系数有关。

开始于荷载施加之时，在施工期后的恒载作用下继续随土中孔隙水的排出而不断发展，直至施荷引起的初始孔隙水压力完全消散，固结过程才终止。

次固结沉降：

是土体在附加应力作用下，随时间的发展土体产生蠕变变形引起的。

试述沉降计算中应该注意的问题。

答：

从地基变形机理分析，地基总沉降可以分为初始沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。

从工程建设时间来分，可以分为施工期间沉降、工后沉降。

工后沉降又可分为工后某一段时间内的沉降量和工后某一段时间后的沉降量。

在沉降计算时一定要首先搞清楚概念，明确自己要算什么沉降量，然后再去选用较合适的计算方法进行计算。

沉降计算方法很多，各有假设条件和适用范围，应根据工程地质条件和工程情况合理选用计算方法。

最好采用多种方法计算，通过比较分析，使分析结果更接近实际。

在常规沉降计算方法中，地基中应力状态的变化都是根据线形弹性理论计算得到的。

实际上地基土体不是线形弹性体。

另外，由上部结构物传递给地基的荷载分布情况受上部结构、基础和地基共同作用形状的影响。

这些都将影响地基中附加应力的计算精度。

在常规沉降计算方法中，土体变形模量的测量误差也影响沉降计算精度。

只有了解沉降计算中产生误差的主要影响因素，才能提供沉降计算的精度。

计算沉降的分层总和法和《规范》法有何区别？

答：

在规范法中，采用侧限条件下的压缩性指标，并应用平均附加应力系数计算，对分层求和值采用沉降计算经验系数进行修正，使计算结果更接近实测值。

就计算方法而言，传统的分层总和法按附加应力计算，而规范法按附加应力图面积计算。

另外两种方法确定压缩层厚度也有区别。

土体发生剪切破坏的平面是否为最大剪应力作用面？

在什么情况下，破坏面与剪应力面一致？

根据土的排水情况，三轴试验分为哪几种方法？

各适用何种实际情况？

比较直剪试验与三轴试验的优缺点？

十字板剪切试验测得的抗剪强度相当于试验是用什么方法测得的抗剪强度？

有何优点？

答：

（1）十字板剪切试验在现场测土的抗剪强度，属于不排水剪切试验条件，结果与试验室无侧限抗压强度试验结果接近。

（2）适用于饱和软黏土，特别适用于难于取样或试样在自重下不能保持原形状的软黏土，具有构造简单，操作方便，试验对土的结构性扰动性小等的优点。

说明孔隙压力系数A、B的物理意义，并写出三轴试验三种排水条件下孔隙水压力的表达公式。

.6什么是土的极限平衡状态？

什么是极限平衡条件？

实际意义？

砂类土与黏性土的抗剪强度规律有何不同？

同一种土的抗剪强度是不是一个定值，为什么？

什么是土的无侧限抗压强度？

它与土的不排水强度有何关系？

如何用无侧限抗压强度试验来测定黏性土的灵敏度？

什么是摩尔强度破坏包线？

什么是摩尔-库仑强度理论?

为什么饱和黏性土不排水试验得到的强度包线为一水平线？

答：

由于在不排水条件下，试样在试验过程中含水量不变，体积不变，饱和黏性土的孔压力系数B=1，改变周围压力只能引起孔隙水压力变化，不会改变试样中有效应力，而各试件在剪切前有效应力相等，因此抗剪强度相等，应力圆半径相同，故抗剪强度线为一水平线。

在正常固结饱和黏性土固结不排水抗剪强度试验中，抗剪强度包线均通过原点，是否说明内黏聚力为零？

答：

否，抗剪强度包线通过原点说明土体未受任何固结压力时抗剪强度为零，但不等于内黏聚力为0。

简述砂土在受剪时，密实度在对其应力-应变-体变有何影响?

答：

松砂：

应力-应变关系呈应变硬化，体积减小，为剪缩现象；紧砂：

应力-应变关系先达到一定峰值后，再呈应变软化，体积开始稍有减小，继而增加，呈剪胀现象。

土的抗剪强度为什么和试验方法有关，饱和软粘土不排水剪为什么得出φ=0的结果？

答：

不同的试验方法，它们各自的排水条件不同，加荷方式和加荷速度不同，同时各试验土样的受力状态也不同，这些条件和因素都会影响土体的抗剪强度。

饱和软粘土在不排水条件下，试样在试验过程中含水量不变，体积不变，饱和软粘土的孔隙压力系数B＝1，所以改变周围压力增量只能引起孔隙水压力的变化，并不会改变试样中的有效应力，各试样在剪切前的有效应力相等，因此抗剪强度不变，φ=0。

什么情况下剪切破坏面与最大应力面是一致的？

一般情况下，剪切破坏面与大主应力面成什么角度？

试分析土的抗剪强度影响因素？

答：

（1）土的结构性的影响：

地基中原状土都有一定的结构性。

由于地质历史以及环境条件的不同，土的结构性强弱差别很大。

一般，土的结构性未破坏前，土的结构性越强，土的抗剪强度越高。

由于原状土的结构性，使正常固结原状土的由试验得到的摩尔包线往往不通过原点。

（2）应力历史的影响：

应力历史不同，土的抗剪强度摩尔包线也不同。

（3）应力路径的影响：

在剪切过程中沿着不同的应力路径进行剪切破坏时，土体具有的抗剪强度也是不同的（4）土体各向异性的影响。

（5）中主应力的影响。

（6）加荷速率的影响。

（7）蠕变对土体抗剪强度的影响。

（8）土体固结对粘性土抗剪强度的影响。

用土的极限平衡理论说明主动土压力和被动土压力的概念。

答：

（1）答：

主动土压力：

挡土墙背离墙背方向移动或转动墙后土体向墙一侧发展，使土对墙的压力减小，当位移量达某一定值时，土体处于极限平衡状态，墙背填土开始出现连续的滑动面，墙背与滑动面之间的土楔有跟随挡土墙一起向下滑动的趋势。

此时，墙后土体达主动极限平衡状态，作用在墙背上的土压力达最小值，该土压力即为主动土压力。

（2）被动土压力：

当挡土墙在外力的作用下向着墙背方向移动或转动时，墙背挤压土体，使土压力逐渐增大，当位移量达一定值时，土体也开始出现连续的滑动面形成的土楔随挡土墙一起向上滑动。

此时，墙后土体处于被动极限平衡状态，作用在挡土墙上的土压力增至最大，这就是被动土压力。

土压力有哪几种？

其定义分别是什么？

试比较大小。

答：

（1）答：

土压力分主动土压力、被动土压力、静止土压力。

（2）当挡土墙向离开土体方向移动至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力；当挡土墙向土体方向移动至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为被动土压力；当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力。

（3）主动土压力<静止土压力<被动土压力

影响土压力大小的因素是什么？

其中最主要的因素是什么？

答：

（1）答：

影响土压力大小的因素：

墙体移动方向和位移量、墙后填土种类、填土面形式、墙的截面刚度、地基变形、挡土墙性状等等。

其中最主要的因素是挡土墙的移动方向和位移量。

试比较朗肯土压力理论和库伦土压力理论的优缺点和各自的适用范围？

答：

（1）朗肯土压力理论建立在半空间中的应力状态和极限平衡理论上，概念比较明确，公式简单，便于记忆，对于黏性土和无黏性土都可以用该公式计算，在工程中应用广泛。

但必须假设墙背直立光滑，墙后填土水平，使应用受到限制，并由于忽略了墙背和土之间的摩擦影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。

（2）库伦土压力理论根据墙后滑动土楔的静力平衡条件推导出土压力计算公式，考虑了墙背和土之间的摩擦影响，可用于墙背倾斜、填土面倾斜的情况。

但由于该理论假设填土是无黏性土，因此不能用该理论直接计算黏性土的土压力。

库伦理论假设墙后填土破坏时，破裂面是一平面，实际是曲面。

故在计算主动土压力时可满足工程所要求的精度，但在计算被动土压力是偏差较大。

采用哪些措施可提高挡土墙的稳定性？

答：

（1）提高抗滑稳定性措施：

修改挡土墙的断面尺寸，通常加大底宽，增加自重以增大抗滑力；在挡土墙基底铺设砂、碎石垫层，提高摩擦系数，增大抗滑力；将挡土墙基底做成逆坡，利用滑动面上部分反力抗滑；在软土地基上，抗滑稳定安全系数相差很小，采用其他方法无效或不经济时可在挡土墙踵后面加钢筋混凝土拖板，利用拖板上的填土重增大抗滑力。

（2）提高抗倾覆个措施：

修改挡土墙的尺寸，加大底宽，增加自重；伸长墙前趾；将墙背做成仰斜；做卸荷台。

普朗德尔和太沙基的极限荷载理论有何区别？

何谓地基承载力？

地基破坏的形式有哪几种？

答：

（1）地基承载力是指在保证强度、变形、稳定性，能满足设计要求的条件下，地基土承受荷载的能力。

（2）地基破坏形式：

地基整体剪切破坏；地基局部剪切破坏；地基冲切破坏。

无黏性土土坡稳定的决定因素是什么？

如何确定稳定安全系数？

答：

（1）无黏性土坡的稳定性仅决定于坡角，与边坡高度无关。

（2）稳定安全系数k=tanφ/tanβ，φ为砂内摩擦角，β为斜坡倾角，一般k=—,足够安全。

土坡失稳的原因有哪些？

答：

土坡失稳一般有以下几种原因：

（1）土坡作用力发生变化。

例如：

由于在坡顶堆放材料或建筑物使坡顶受荷，或由于打桩、车辆行驶、爆破、地震等引起的振动改变了原来的平衡状态。

（2）土抗剪强度降低。

例如：

土中含水量或孔隙水压力增加。

（3）静水力的作用。

例如：

雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，从而促使土坡的滑动。

（4）地下水在土坝或基坑等边坡中渗流所引起的渗流力是边坡失稳的重要因素。