《第四章 路基边坡稳定设计讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 路基边坡稳定设计讲义（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/10/22,1,第四章 路基稳定性分析计算,2019/10/22,2,2019/10/22,3,2019/10/22,4,2019/10/22,5,2019/10/22,6,2019/10/22,7,2019/10/22,8,2019/10/22,9,2019/10/22,10,2019/10/22,11,2019/10/22,12,因此，必须对可能出现失稳或已出现失稳的路基进行稳定性分析，保证路基设计既要满足稳定性要求，又要满足经济性要求。,2019/10/22,13,对滑动稳定问题，力学验算法目前大多根据极限平衡原理，并常用条分法，利用安全系数来判断稳定性。若路基可能或已经出现失
2、稳，则应采取有效的预防或整治措施以避免和减轻各种病害。 学习要求如下： 了解路基稳定分析的基本原理； 掌握路基稳定分析的常用方法（特别是简单条分法）； 掌握浸水路堤和软土路基的稳定验算方法。,2019/10/22,14,第一节 概述 宁淮高速公路,2019/10/22,15,. 第一节 概述,宁杭高速公路,2019/10/22,16,第一节 概述 1、边坡种类：天然边坡、人工边坡。 边坡：具有倾斜坡面的岩土体。 土坡：具有倾斜坡面的土体。,2019/10/22,17,. 第一节 概述 天然边坡：江、河、湖、海岸坡 山、岭、丘、岗、天然坡,2019/10/22,18,第一节 概述 人工边坡：挖方
3、：沟、渠、坑、池 填方：堤、坝、路基、堆料 小浪底土石坝 露 天 矿,2019/10/22,19,第一节 概述 2、什么是滑坡? 边坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另 一部分土体滑动的现象称滑坡。 土坡滑坡前征兆：坡顶下沉并出现裂缝，坡脚隆起。,2019/10/22,20,. 第一节 概述,2019/10/22,21,. 第一节 概述 3、路基失稳的原因： -内部原因 （1）土质：各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，如 钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等，遇水后软化，使原 来的强度降低很多。 （2）土层结构：如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当下伏 土层(或岩层)不透水时，容易在交界上发
4、生滑动。 （3）边坡形状：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下缓的 凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，当土坡不高时尚可 直立，但随时间和气候的变化，也会逐渐塌落。,2019/10/22,22,第一节 概述 3、路基稳定性分析的原因： -外部原因 （1）降水或地下水的作用：持续的降雨或地下水渗入土层 中，使土中含水量增高，土中易溶盐溶解，土质变软，强度 降低；还可使土的重度增加，以及孔隙水压力的产生，使土 体作用有动、静水压力，促使土体失稳，故设计斜坡应针对 这些原因，采用相应的排水措施。 （2）振动的作用：如地震的反复作用下，砂土极易发生液 化；粘性土，振动时易使土的结构破坏，从而降低土的抗剪
5、 强度；车辆运动、施工打桩或爆破，由于振动也可使邻近土 坡变形或失稳等。 （3）人为影响：由于人类不合理地开挖，特别是开挖坡脚； 或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近；在斜 坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。,2019/10/22,23,. 第一节 概述 3、路基稳定性分析的原因： 根本原因: 边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。 具体原因： （1）滑面上的剪应力增加； （2）滑面上的抗剪强度减小。,2019/10/22,24, 边坡的取值: 可取综合坡度值，也可用坡顶与坡脚连线近似表达式。,NQ BL,h0 , 汽车荷载的当量换算 C,D,E,1:n,1:n
6、,1:n,h1 h2 h3,h,4、边坡稳定性分析的计算参数 土的计算参数 、 （可分层划段，使参数一致，一般采用直接快剪或三轴不排水剪切试验；高路堤时宜采用直接固结快剪或三轴固结不排水剪切试验；软土地基宜采用直接固结快剪或三轴不固结不排水剪切试验） B,2019/10/22,25,试验参数,2019/10/22,26,第一节 概述 5、假定 1）基本假定 不考虑滑动土体本身内应力分布； 认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动 时成整体下滑； 最危险的破裂面位置通过试算确定。,2019/10/22,27, 2）滑动面的形状 均质粘性土：光滑曲面 （圆柱面/圆弧）,Slope in cohesion
7、less soil Rupture plane 无粘性土:平面 非均质的多层土或含软弱 夹层的土坡: 复合滑动面,第一节 概述 5、假定,2019/10/22,28,路基能否稳定，不仅取决于路基的断面形状和尺寸（边坡坡度和高度等），而且还受岩土性质、荷载、排水条件、气候、地震等诸多环境因素的影响。 路基稳定的分析按其原理不同可分为工程地质法和力学验算法两大类。实际工程中往往是两种方法相辅相成，运用两种方法的分析结果互相核对，以对路基的稳定性做出综合的正确的评价。 1) 工程地质法 工程地质法，对照当地具有类似工程地质条件而处于极限稳定状态的自然山坡和稳定的人工边坡，以判别路基是否稳定的一种类比
8、经验法。,工程地质法的关键,认真、详细的调查和勘察,如实反映路段土质及水文状况,根据实际情况进行类比分析,6 土坡稳定性分析方法,2019/10/22,29,土质路基，土的生成年代、成分、类别、结构构造、密实程度和地下水埋藏情况。 岩石路基，岩性、结构构造、风化程度和地下水。 路基挖方边坡的坡度常用该法确定。影响挖方边坡稳定的因素很多，对比分析时，应抓住其控制因素，并综合考虑各方面的影响。 岩石挖方边坡，了解分析岩体中结构面情况 结构面对坡体稳定性的影响程度取决于如下因素：,结构面的延伸性及其规模、 结构面的形状和密集程度、 结构面的充填及胶结情况、 结构面的产状和组合 结构面与边坡面的关系,
9、2019/10/22,30,当结构面走向与路线的夹角小于40且倾向路线，同时有地下水浸润时，很容易产生顺层滑坍。此时挖方边坡受结构面控制，可通过调查分析和力学验算来判断其稳定性。 2) 力学验算法 路基边坡失稳，多表现为岩土体失去力学平衡而沿某一剪切破坏面产生滑动。 路基的稳定分析和验算，通常根据极限平衡原理，采用极限平衡法（或称安全系数法）。极限平衡法是近似将岩土体看成刚塑性材料，通过计算路基边坡在滑动破坏面上达到极限平衡时的安全系数，以判断其稳定性的方法。其基本假定如下： （1）滑动体内部应力不计； （2）极限平衡只在滑动面上达到，滑动体成整体下滑； （3）极限滑动面位置通过试算确定。,2
10、019/10/22,31,破坏面常有两种情况 破坏面为已知，如各种地质界面等 破坏面为未知，如均质土坡的滑动面等 对于第二种情况，常用试算法来确定最危险滑动面。最危险滑动面所对应的安全系数为最小。 极限平衡法的分析方法大致可分为两类: 直线法，适用于砂性土 条分法，适用于粘性土,2019/10/22,32,第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析,一、试算法 砂性土的内聚力很小，边坡失稳时的滑动面近似于平面，分析时简化为直线滑动面。,深路堑,2019/10/22,33,Q滑动体的重力。,当C=0时，K=,2019/10/22,34,二、解析法 令滑动面长为L，则公式（42）转化为下式： 又有 利用上
11、式，可求坡角安全值或反算填土限制高。参见P75 例41，42,2019/10/22,35,2019/10/22,36,第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析,适用范围 土的粘力使边坡滑动面多呈现曲面，通常假定为圆弧滑动面。 圆弧法适用于粘土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。,2019/10/22,37,分析方法,（条分法）,2019/10/22,38,粘性土具有显著的内聚力，而内摩擦力较小，土坡破坏时滑动面多为曲线形，而并非简单的直线滑动面。对粘性土坡的稳定分析，常用的方法是假设某一滑动面后，用若干个竖直面将滑动范围的土体进行竖向分条，对每个竖向土条进行力学分析
12、，从而分析坡体的稳定性，这种方法称为条分法。 Fellenius 法 是瑞典工程师费伦纽斯（W.Fellenius）首先提出的，又称瑞典法或简单条分法，还称为分段法。考虑到粘性土坡破坏时的滑动面通常近似于圆曲面，故假定滑动面为一圆弧面，且不考虑条间力的作用。,一、圆弧滑动面的条分法,2019/10/22,39,2019/10/22,40,基本思路,2019/10/22,41,2019/10/22,42,瑞典圆弧滑动条分法总示意图,2019/10/22,43,2. 简化Bishop（毕肖普）法,图5-6 Bishop法分析图,2019/10/22,44,2019/10/22,45,2019/10
13、/22,46,公路路基设计规范验算方法,2019/10/22,47,公路路基设计规范验算方法,2019/10/22,48,公路路基设计规范验算方法,2019/10/22,49,方法1 由坡脚E向下引高度为H（H=填土高+换算土柱高）的竖线，得出F点； 由F点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得M点； 连接坡脚E与顶点S，并求出SE的坡率1：m； 根据1：m的值查表4-1得出1和2； 由E点引与SE成1角的直线，又由顶点S引与水平面成1角的直线，两直线交于I点； 接连MI，该直线即为滑动圆弧圆心辅助线。 如果路堤填料仅具有粘聚力，则圆心即为I点，如果路堤填料除粘聚力外尚具有摩擦力，则滑动圆弧
14、的圆心将随内摩擦角的增大而向外移（离开路堤）。,确定滑动圆弧圆心辅助线方法,2019/10/22,50,方法2 与方法1相似，不同之外仅在于H的高度不包括换算土柱，SE的坡率1：m直接由坡顶与坡脚的连线求得。 方法3 滑动圆弧圆心辅助线为与换算土柱高顶点E处水平线成36角的EF线。 方法4 滑动圆弧圆心辅助线为与坡顶E点处水平线成36角的EF线。,2019/10/22,51,通过坡脚最危险滑动圆弧的各有关角值（=0 粘土边坡）,2019/10/22,52,3.不平衡推力法,2019/10/22,53,不平衡推力法假定各土条间推力Pi（即水平力Ei和竖向力V的合力）的作用方向平行于上侧土条滑动面
15、的倾角。 由土条滑动面上切向力平衡条件得到,再由土条滑动面上法向力平衡条件得到,2019/10/22,54,2019/10/22,55,公路路基设计规范要求,路堤稳定安全系数要求,2019/10/22,56,路基稳定验算程序与步骤 根据路基土质和可能出现的滑动面形状，选择分析计算方法； 考虑坡体的工作条件，选取滑动面上的抗剪强度指标，求算安全系数； 将每种荷载组合下求得的最危险滑动面的安全系数与规定的容许值比较，以判断路基是否稳定。 荷载组合 通常考虑主要组合、附加组合和地震组合三种情况： 主要组合，滑动坡体的重力、汽车荷载、常水位时的浮力（对浸水路基而言）。 附加组合，将主要组合中的汽车荷载
16、改用平板挂车或履带车，或者考虑在最不利时的浮力和渗流力。 地震组合，滑动坡体的重力、地震力及常水位条件下的浮力。 对各种荷载组合，应根据路基工作条件依次进行验算，各种组合下均满足要求时才可认为路基是稳定的。,2019/10/22,57,竖向土条划分 应选择滑动面的形状和土质变化处作为土条划分的界限，以便分析计算。 对于圆弧滑动面，土条宽度一般取26m，土条数取10左右，过少则精度差。各土条的自重按其面积乘以土的重度求得。 对由多层土组成的土条，应分层计算其重力，然后相加得土条的总重。 车辆荷载的换算 路基稳定验算时，须将车辆荷载按最不利情况排列，并应换算成当量土柱高，再计入土条面积内一起进行重力计算。 换算土柱高可按宽度布置在行车部分范围内；或者考虑到路肩上有可能驶入或停歇车辆，而分布在整个路基宽度上。 车辆荷载按下式换算为土柱高h0（m）。,2019/10/22,58,图4-8 汽车荷载的最不利布置,2019/10/22,59,二、圆弧滑动面的
