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1、道路与桥梁工程概论,樊烽 E-mail：fanfenjunzhi Tel：13868087878,常见的人工明渠横断面有梯形。,边坡系数m：反映渠道两侧倾 斜程度,水力半径：,：断面面积 ：湿周,第二节 明渠水力计算,1.水力系数计算,流量公式：,式中c为谢才系数，可用曼宁公式计算,不堆积流速Vmin 允许不冲刷流速Vmax,根据土质不同选取。,2.判断条件：,第三节 软土的排水固结,软土：泛指淤泥及淤泥质土，在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。,软土的物理力学特性： 1高含水量和高孔隙性 2含水率大，渗透性弱 3压缩性高 4. 抗剪强度和承载力低,软土在建筑
2、荷载作用下的变形特征 1. 变形大而不均匀 2. 变形稳定历时长 3. 抗剪强度低 4. 较显著的触变性和蠕变性,一、软土加固方法,换填法是是将基础底面以下不太深的处理范围内的软弱土层挖去，然后以质地硬，强度高，性能稳定，具有抗侵蚀性的砂卵石、素土等去分层换填，同时用人工或机械方法进行表层压夯、振动等处理至满足工程要求的全过程。,挤密压实法,1、原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，从而提高强度。 2、方法： 土（灰土）挤密桩处理软土地基 碎石挤密桩处理软土地基 强夯法处理软土地基,换填法,土（灰土）挤密桩处理软土地基,适用条件： 处理加固地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和
3、杂填土以及含水量较大的软土 优点： 横向挤密 缩短工期 处理深度可达15米 就地取材,原理：生石灰吸水消解经化学反应后膨胀，桩间土脱水，桩周围的土被挤压后土壤密实度逐渐增强，使地基强度提高，从而达到满足工程要求的地基承载力（成桩挤密、吸水挤密、膨胀挤密）,1、原理 通过布置竖向排水井，改善地基的排水条件及采取加压、抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的固结和强度增长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成（由加压系统和排水系统组成） 2、方法 堆载预压法 真空预压法 降水预压法 电渗排水法,排水固结法,塑料排水板法处理公路软土地基,塑料排水板的类型： 与袋装砂井相比，它的优缺点： 插板机械轻，效
4、率高、对土的扰动小、造价低,袋装砂井法处理公路软土地基,排水砂井的作用 排水系统就是在地基中设置一些排水通道，改变原有地基的边界条件，增加空隙水的排出途径 袋装砂井 袋装砂井是近年来竖向排水井工艺发展，是砂并排法的延续是将散体的砂装入用化纤纺织物做成的细长袋子（712cm)作为竖向排水体的一种方法。,搅拌桩法：利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反映，形成坚硬拌和柱体，与原地层共同起复合地基的作用。 灌浆胶结法：用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或空隙中，以改善
5、地基的物理力学性质。,化学加固法,第三章 路及稳定性设计,第一节 边坡稳定性验算,一、概述 1、土的计算参数,2、边坡验算的假定,松砂或砂性土边坡滑动面为平面； 一般粘土的边坡滑动面为圆曲面。,一般的土滑裂面通过坡脚或者边坡点，软土路基的滑裂面通过软土地基而交于坡脚点。,3、车辆荷载的等效高度 车辆荷载按标准车辆以相应的加重车按最不利位置排列，换算成等效土层重量，叫当量高度，用h0表示。,N横向分布的车辆数； Q每一辆车的重量，kN； L车辆前后轮胎（或拖拉机履带）着地长度，m； g土的容量，kN/m3； B横向分布车辆轮胎（或履带）外缘之间距离，m； 其中：b每一辆车的轮胎（或履带）外缘之间
6、的距离,m ； d相邻两车轮胎（或履带）之间的净距,m。,二、边坡稳定性验算,1、直线滑裂面法,稳定性判断：,2、圆弧滑裂面法,4.5H法确定圆心和滑动面的方法,过E向下作垂直EF=H，过F作水平线FM=4.5H，过E作一线EI与ES夹1角，过S作SI与水平线夹角2，交于I点，连MI作延长线，在其上取O1、O2、O3点，求K1、K2、K3，取小值。,36法:较4.5H法简单，但精度不如4.5H法。,毕肖普法（Bishop法）：,单位土条抗滑力：,下滑力：,垂直面上力的平衡条件得：,抗滑稳定系数：,得：,三、斜坡地基路基稳定性验算,其中：,因此：,其中：,利用上两式对土体逐个计算，直到某个土体的
7、剩余下滑力为零，由此确定Fs，剩余下滑力为负数，则表示路堤边坡稳定。,1、渗透动水压力的作用 浸水路堤：受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等。 河滩路堤除承受普通路堤所承受的外力及自重力外，还要承受浮力及渗透动水压力的作用。,四、浸水路堤的稳定性验算,当河中水往上升时，水从边坡的一侧或两侧渗入路堤内；当水位降落时，水又从堤身内向外渗出。 由于在土体内渗水速度比河中水位升降速度慢，因此，当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（浸润线）成凹形；当堤外水位下降时，堤内水位比降曲线成凸形。,当水位骤然下降时，土体内部的水流出边坡需要较长的时间，由于水位的差异，其渗透动水压力的方向指向土体外面，这就
8、剧烈破坏路堤边坡的稳定性，并可能产生边坡凸起和滑坡现象。此外，渗透水流还能带走路堤细小的土粒而引起路堤的变形。 在高水位时，如路堤两侧边坡上的水位不一致，就会产生横穿路堤的渗透，即使水位相差较小，也需予以考虑。,2、渗透动水压力的计算 渗透动水压力可按下式计算： DIB0 式中：D作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力，KN/m； I渗流水力坡降(取用浸润曲线的平均坡降)； B浸润曲线与滑动弧之间的面积，m2； 0水的容重，kN/m3。,3、条分法 浸水路堤的稳定性，应按路堤处于最不利的情况进行边坡稳定性分析。 其破坏一般发生在最高洪水位骤然降落的时候。边坡稳定性分析的原理和方法与普通路堤边坡
9、稳定性的圆弧法基本相同。 当路堤一侧浸水时，只要注意浸水土条与未浸水土条的基本参数的变化。 计算公式,第二节 路基防护与加固设计,一、防护与加固的意义 边坡常年经受冰雪融化和雨水冲刷而风化剥落和变形破坏，因此需要防护和加固。 二、防护与加固工程的设施 1、植物防护 1）种草适用于不陡于1:1的草类生长的土质边坡。 2）铺草皮适用于边坡较陡,冲刷严重,径流速度小于1.5m/s,附近草皮来源较易地区的路基。 3）种树主要作用是加固边坡,防止和减缓水流冲刷，防风沙，美化路容，调节气候。,2、矿料防护 1)抹面与勾缝 抹面适用于易风化软质岩石挖方边坡。一般选用石灰炉渣灰浆,石灰浆。 勾缝适用于质地坚硬
10、,不易风化但节理裂缝多而细的岩石边坡 ,以防水分渗入岩层内造成病害。 2) 砌石防护 为防止地面径流或河水 冲刷,公路填方边坡、沿 河路堤浸水部位坡面、土 质路堑边坡下部的局部, 以及桥涵附近坡面,可采用砌石防护。,当滑动面为直线时，i=i-1=，则 i-1=0 ，,将条块的F i - F i-1相加，且设Fn=0,此外，还有一些其它方法如扬布法、分块极限平衡法、最危险滑弧圆心位置确定法（4.5H法，36法）等。,6.3 稳定性验算,稳定性验算基本程序如下：,1.根据路基可能出现的滑动面形状，选择分析方法；,2.进行适当的条块划分；,4.选取抗剪强度指标，求Ks;,3.按不同的荷载组合计算条块
11、自重及其他已知力（Qi )；,5.将每种荷载组合下的Ks（取最小值）与容许Ks比较，判定是否稳定。,一、荷载组合：常考虑三种荷载组合,1.主要组合：重力、汽车荷载、常水位时的浮力。,2.附加组合：将主要组合中的汽车荷载该为平板挂车或履带车。或考虑最不利水位时浮力和渗流力。,3.地震组合：重力、地震力及常水位条件下的浮力。在地震基本烈度为8度以上地区需进行抗震验算。,路基失稳时，滑动面的形状和位置同路基外形、岩土性质和地层情况等有关。,1.粘性差（透水砂、碎石组成）的土构成的坡体：滑坍时破坏面接近于平面，用直线滑动面法验算。,土质均匀的路基边坡破坏时，滑动面常过坡脚或变坡点，通常都假设几个可能滑
12、动面，求得Ks最小的滑动面为最危险滑动面。大量计算表明，最危险滑动面的圆心是在一条辅助线附近，此辅助线位置可用4.5H法定。其中1、2辅助角可见表6-1，当边坡不陡于1：1时，可用36法定。这两种方法均适用于边坡坡顶水平、滑动圆弧过边坡坡脚的情况。,2.有一定粘性的土构成的坡体：滑坍时破坏面接近于曲面，用圆弧滑动面法验算。（简单条分法、Bishop法）,二、滑动面的形状和位置：,36法:较4.5H法简单，但精度不如4.5H法。,4.5H法：过A向下作垂直AC=H，过C作水平线CD=4.5H，过A作一线AO与AB夹1角，过B作OB与水平线夹角2，交于O点，连OD作延长线，在其上取O1、O2、O3
13、点，求K1、K2、K3，取小值。,3.软土地基上的路堤：当hH，滑动面下限切于软土底层。(h为软土层高）,当hH，滑动面深度为11.5H。,4.斜坡（陡坡）路堤：这类滑移面多为直线或折线形或曲线组合型。,当堤高超过极限高度时，堤身常和地基一起滑动，滑动面形状多为圆弧形。,三、条块的划分和自重计算：,保证：C i ，i 值同一条块是定值，对圆弧面：取宽2-6m，块数n取10左右。,划分原则：1）土层条件有变化时；2）填料有分层时；3）滑移面坡度有变化时。,自重：由面积乘土的容积而得，当由几层土组成时，应分层计算，然后叠加。,在作稳定性验算时，应将车辆荷载按最不利情况排列，并换算为相当的土层厚度h
14、0。再计入条块面积内一起计算重力。,四、车辆荷载换算：,土柱高:,n为车道数，G为重车重（KN），B为车辆荷载的横向分布宽度，L为车辆荷载纵向分布长度，为填料容重（KN/m3)。,B=nb+(n-1)d+e,b为车两侧轮中距1.8m，d为1.3m，e为轮胎着地宽度（0.5，0.6，0.7）,汽10：G=150KN，L=4.2m； 汽15：G=200KN，L=4.2m； 汽20：G=300KN，L=5.6m； 汽超20：G=550KN，L=13m。,换算得到的土柱荷载（高h.0)可按宽度布置在道路行车部分范围内；也可分布在整个路基宽度上。定最危险滑移面圆心位置时，可将换算土柱荷载顶端作为边坡顶处
15、理，h0计入边坡高度内。,浸水土体会受到浮力（静水压力）和渗流力（动水压力）的作用，使材料抗剪强度下降。只要将浸水部分采用浮容重计算土的自重即可。,五、浮力和渗流力的考虑：,浮容重：=m-w =d-(1-n)w m为饱和容重；w为水容重；d为干容重；n为孔隙率。,当边坡内有水位差时，就会发生渗流力现象，则有动水压力，若坡外水位较坡内低，渗流力指向坡体外，则降低坡体的稳定性。要考虑。,D = Am I I为水力坡降，A为滑动体面积。,对于透水材料（砂、石，I=0 ）或几乎不透水材料筑成的路堤，均可不计渗流力。,考虑渗流力时：,六、地震力的计算：分水平和竖向,竖向震动时对路基危害比水平震动小得多，
16、可忽略不计。,水平震动力：Q=CiCzKhW,Ci为重要性系数，Cz为综合系数0.25；Kh水平地震系数（0.1，0.2，0.4）；W为重力。,七、土工参数的选取：,由试验或经验确定；,在使用过程中或在施工过程中，路基出现失稳征兆时，应采取整治措施。,1.清方、减重或反压。,2.排水和防护：拦截、疏干、排除滑动区域内外的地面、地下水。,八、容许安全系数：,一般在1.01.5之间。主要组合是为1.25；附加组合时为1.15；地震组合时为1.10（当边坡高大于20米时取1.15，对三、四级公路取1.05。,C、（ 或f ）取决于试验方法，一般应根据现场的排水条件固结状态。在填土与地基土中选取小的值。,6.4 整治措施,3.支撑和加固：设抗滑石垛、挡土墙、抗滑柱等支挡结构物。也可用灌浆法、深层搅拌法等地基加固措施来稳定滑动体。,
