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1、第二章 边坡稳定性分析本设计任务段为包头至茂名高速公路湖南省怀化至通道K167+000K169+000段，总长2000m，其中填方路堤的K167+920的横断面虽然地面线较缓，但填方高度较大，并采用了二级边坡，所以路堤边坡稳定性验算采用此断面为验算对象。如图所示，此断面高度为21.20m，顶宽为26m，边坡坡度采用1：1.5，二级边坡为1：1.75,。其横段面如图2.1所示 图 2.1 边坡验算的横断面本次稳定性验算分为三个部分：（1）计算参数的的选用；（2）确定最危险滑动面；（3）利用Bishop法进行路堤稳定性验算。2.1 计算参数的选用：对本段路堤所填的土为粉质粘土(取值见路基设计手册)
2、，路堤填土为粘土，土的粘聚力=25kPa，摩擦角1为300，天然容重为=18kN/m3; 地基土也为粘土，土的粘聚力=20kPa，摩擦角为200，天然容重为=16kN/m3,荷载为公路I级。 2.2最危险滑动面的确定2.2.1 荷载当量高度计算将车辆荷载换算成土柱高（当量高度），按以下公式换算土柱高度为 (2-1)式(2-1)中：N横向分布并列的车辆数，单车道N=1，双车道N=2；本设计为双向4车道，N=2Q每一辆重车的重力（标准车辆荷载为550kN）； L前后轮最大轴距，按公路工程技术标准（JTG B012003）规定对标准车辆荷载为12.8m；路基填料的容重；B荷载横向分布宽度，表示如下：
3、B=Nb+（N-1）m+d式中：b后轮轮距，取1.8m；m相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m；d轮胎着地宽度，取0.6m。则：B=Nb+(N-1)m+d=21.8+(2-1)1.3+0.6=5.5m （2-2）故=(2550)/(185.512.8)=0.867m 2.2.2 危险滑弧圆心位置的确定（1）按4.5H法确定滑动圆心辅助线。近似取边坡1：1.5，边坡角30度由表查得=260，=350 ，再根据荷载换算得到h0和填土高度计算H=22.068，从而得到G点。具体步骤如下：.由坡脚A向下引竖线，在竖线上截取高度H=h+h0（h为边坡高度，h0为换算土层高）b.自G点向右引水平线，在水平
4、线上截取4.5H，得E点。根据两角分别自坡角和左点作直线相交于F点，EF的延长线即为滑动圆心辅助线。c.连接边坡坡脚A和顶点B，求得AB的斜度i=1/m，据此查路基路面工程表4-1得（2）在EF的延长线上取4点分别画出4通过坡脚的滑动面，如图2（3）将圆弧范围土体分成13段。（4）算出滑动曲线每一分段中点与圆心竖曲线之间的偏角;sin=X/R (2-4)式(2-4)中：X分段中心距圆心竖曲线的水平距离，圆心竖曲线左侧为负，右侧为正；R滑动曲线半径(5) 对4个滑动面分别利用简化的Bishop法计算稳定系数K。 图2 4.5H法确定滑动圆心的位置 2.2.3 Bishop法计算过程如下（1）每一
5、分段的滑动弧曲线可近似取直线，将各段图形简化为梯形或三角形，分段计算面积，其中包括荷载换算成土柱部分的面积在内。（2）计算稳定系数：根据迭代法计算，首先假定一个值算出m，代入公式算出一个值，这个Fs与设定值相比较如小于所设值的百分之一就可确定所设值为此的边坡稳定性值。 当土条i滑弧位于地基中时： (2-5)式中：第i土条地基部分的重力； 第i土条路堤部分的重力； 第i土条宽度； U地基平均固结度；令U=1。 、第i土条滑弧所在地基土层的粘结力和内摩擦角；当土条i滑弧位于路堤中时 (2-6)式中：、第i土条滑弧所在路堤土的粘结力和内摩擦角。其中： (2-7) (2-8)（3）同理可求出其他滑动曲
6、线的稳定系数。2.2.4 具体计算过程及图表2.2.4.1 以1为圆心过坡脚做一滑动面，R=51.37m。见下图2.1 图2.1 以O1为圆心的滑动面计算简图 假设=1.80，计算结果如表2-1所示表2-1 计算土坡的稳定安全系数12345678910111213土条 编号土条宽(m)()路堤部分面积地基部分面积Wti(kN)Wdi(KN)WisinQisinCtibiCdibi=1.80=1.8012.53533.5063050.3140 12.4779 63.250.00 0.8578 116.1092 22.53487.430133.74099.3882 0.0000 63.250.00
7、 0.9073 154.7562 32.53449.890178.020123.6631 0.0000 63.250.00 0.9420 176.1833 42.534011.510207.180133.1727 0.0000 63.250.00 0.9721 188.0404 52.533712.350222.30133.7835 0.0000 63.250.00 0.9916 193.1491 62.533314.260256.680139.7979 0.0000 63.250.00 1.0133 208.5890 72.533015.40277.20138.6000 0.0000 63.
8、250.00 1.0263 217.4741 82.532714.120254.160115.3862 0.0000 63.250.00 1.0365 202.5018 92.532412.410223.38090.8568 0.0000 63.250.00 1.0439 184.0552 102.532110.280185.04066.3124 0.0000 63.250.00 1.0485 162.1602 112.53187.760139.68043.1635 0.0000 63.250.00 1.0501 136.9808 122.53154.88087.84022.7347 0.00
9、00 63.250.00 1.0489 108.6229 132.493121.65029.706.1750 0.0000 62.3250.00 1.0448 76.0550 142124.6771 151175.8260 计算可得=1.8070= 0.39% 1.35所以此边坡满足稳定行要求。2.2.4.2以2为圆心过坡脚做一滑动面，R=44.72m。见下图2.2 图2.2 以O2为圆心的滑动面计算简图（1）假设=1.70，计算结果如表2-2-1所示 表2-2-1计算土坡的稳定安全系数12345678910111213土条 编号土条宽(m)()路堤部分面积地基部分面积Wti(kN)Wdi(K
10、N)WisinQisinCtibiCdibi=1.70=1.7012.88555.930106.74087.4363 12.7984 72.00 0.00 0.8516 156.8671 22.884916.630299.340225.9148 11.7916 72.00 0.00 0.9122 268.2688 32.884422.280401.040278.5858 0.0000 72.00 0.00 0.9551 317.6582 42.883924.030432.540272.2062 0.0000 72.00 0.00 0.9907 324.5797 52.883424.640443
11、.520248.0132 0.0000 72.00 0.00 1.0188 321.8493 62.883024.30437.40218.7000 0.0000 72.00 0.00 1.0357 313.1891 72.882625.420457.560200.5811 0.0000 72.00 0.00 1.0476 320.7501 82.882224.630443.340166.0781 0.0000 72.00 0.00 1.0543 310.9152 92.881821.440385.920119.2558 0.0000 72.00 0.00 1.0559 279.0648 102.881417.630317.34076.7715 0.0000 72.00 0.00 1.0524 242.4017 112.881013.240238.32041.3838 0.0000 72.00 0.00 1.0437 200.7295 122.8868.280149.04015.5789 0.0000 72.00 0.00 1.0300 153.3942 132.828732.78050.0402.6189 0.0000 70.72 0.00
