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1、第四章第四章 路基边坡稳定性设计路基边坡稳定性设计 一般路基一般路基套用典型横断面图（无需论证和验算）套用典型横断面图（无需论证和验算）高路基、深路堑、浸水沿河路堤、特殊地质地段的路基个别设高路基、深路堑、浸水沿河路堤、特殊地质地段的路基个别设计，稳定性验算用以确定合理的路基横断面形式计，稳定性验算用以确定合理的路基横断面形式 第一节第一节 边坡稳定性分析原理与方法边坡稳定性分析原理与方法一、边坡稳定原理一、边坡稳定原理破裂面破裂面1、用力学方法进行边坡稳定性分析时，为简化计算，都按平面、用力学方法进行边坡稳定性分析时，为简化计算，都按平面问题处理问题处理2、松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘
2、聚力较小，破裂面近、松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，破裂面近似直线破裂面法。似直线破裂面法。3、粘性土粘聚力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动面为圆柱形、粘性土粘聚力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动面为圆柱形、碗形，近似于圆曲面，采用圆弧破裂面法碗形，近似于圆曲面，采用圆弧破裂面法(二）在进行边坡稳定性分析时，近似方法并假定二）在进行边坡稳定性分析时，近似方法并假定1、不考虑滑动主体本身内应力的分布、不考虑滑动主体本身内应力的分布2、认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动主体整体下滑、认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动主体整体下滑3、极限滑动面位置通过试算来确定、极限滑动面位置通过试算来确定
3、二、边坡稳定性分析的计算参数二、边坡稳定性分析的计算参数 路堑：天然土层中开挖，土类别、性质天然生成的路堑：天然土层中开挖，土类别、性质天然生成的路堤：人工填筑物、填料性质和类别多为人为因素控制，对于路堤：人工填筑物、填料性质和类别多为人为因素控制，对于土的物理力学数据的选用以及可能出现的最不利情况，力求能土的物理力学数据的选用以及可能出现的最不利情况，力求能与路基将来实际情况一致与路基将来实际情况一致 。所需土的试验资料所需土的试验资料：1、对于路堑或天然边坡取：原状土的容重、对于路堑或天然边坡取：原状土的容重r，内摩擦角，内摩擦角，粘，粘聚力聚力c2、对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土
4、试验数据。、对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数据。 r 、 、 c 同上同上 路堤各层填料性质不同时，所采用验算数据可按加权平路堤各层填料性质不同时，所采用验算数据可按加权平均法求得。均法求得。（二）边坡稳定分析的边坡取值（二）边坡稳定分析的边坡取值 边坡稳定性分析时，对于折线型或阶梯形边坡，一边坡稳定性分析时，对于折线型或阶梯形边坡，一般可取平均值。般可取平均值。汽车荷载当量换算汽车荷载当量换算 路基承受自重作用、车辆荷载（按车辆最不利情况路基承受自重作用、车辆荷载（按车辆最不利情况排列，将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度排列，将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度0 ）0称为车辆
5、荷载的当量高度或换算高度。称为车辆荷载的当量高度或换算高度。b-每一车辆的轮胎外缘之间的距离每一车辆的轮胎外缘之间的距离d- 相邻两辆车轮台之间的净距相邻两辆车轮台之间的净距 B=Nb+(N-1)d B=Nb+(N-1)d 荷载分布宽度：荷载分布宽度：荷载分布宽度：荷载分布宽度：可分布在行车道宽度范围内可分布在行车道宽度范围内考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，也可考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，也可认为认为1厚当量土层分布于整个路基宽度上。厚当量土层分布于整个路基宽度上。三、边坡稳定性分析方法：三、边坡稳定性分析方法：力学分析法：力学分析法： 1、数解法、数解法假定几个滑动面
6、力学平衡原理计算，找出假定几个滑动面力学平衡原理计算，找出极限滑动面。极限滑动面。 2、图解或表解法、图解或表解法在计算机或图解的基础上，制定图在计算机或图解的基础上，制定图或表，用查图或查表来进行，简单不精确。或表，用查图或查表来进行，简单不精确。力学分析法：力学分析法： 直线法直线法适用于砂土和砂性土（两者合称砂性土）破裂面近适用于砂土和砂性土（两者合称砂性土）破裂面近似为平面。似为平面。 圆弧法圆弧法适用于粘性土，破裂近似为圆柱形适用于粘性土，破裂近似为圆柱形 1 1、直线法、直线法、直线法、直线法： 1 1）均质砂类土路堤边坡）均质砂类土路堤边坡）均质砂类土路堤边坡）均质砂类土路堤边坡
7、2）均质砂类土路堑边坡）均质砂类土路堑边坡T TN NQQ 2、圆弧法、圆弧法 粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面条分法：条分法：将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条 依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力 叠加计算整个土体的稳定性叠加计算整个土体的稳定性 计算精度与分段数有关越大越精确，一般为计算精度与分段数有关越大越精确，一般为810段。结合横断段。结合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算。面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算。假定：假定：1 土体均质，土
8、体均质，各向同性各向同性 2 滑动面通过滑动面通过坡脚坡脚 3 不计各土条不计各土条间侧向力的作用间侧向力的作用v（1）圆弧法基本步骤：）圆弧法基本步骤：v 通过坡脚任意选定可能滑动面通过坡脚任意选定可能滑动面AB，半径为，半径为R，纵向单位长度，滑动土体分条（，纵向单位长度，滑动土体分条（58）v 计算每个土条重计算每个土条重Gi（土重、荷载重）垂直（土重、荷载重）垂直滑动面法向分力滑动面法向分力 v计算每一段滑动面抵抗力计算每一段滑动面抵抗力Nitg（内摩擦力）（内摩擦力）和粘聚力和粘聚力cLi（Li为为I小段弧长）小段弧长）v以圆心以圆心o为转动圆心，半径为转动圆心，半径R为力臂。为力臂
9、。v 计算滑动面上各点对计算滑动面上各点对o点的滑动力矩和抗滑力点的滑动力矩和抗滑力矩。矩。求稳定系数求稳定系数k再假定几个可能的滑动面，计算相应再假定几个可能的滑动面，计算相应k值值在圆心辅助线在圆心辅助线MI上绘出，稳定系数上绘出，稳定系数k1，k2kn对应于对应于O1,O2On的关系曲线的关系曲线K=f（O）与曲线）与曲线f（O）相切即为极限滑动面）相切即为极限滑动面kmin在在1. 5之间之间稳定系数稳定系数k取值取值当计算当计算k小于容许值小于容许值k应放缓边坡，从新拟订横断面，在按应放缓边坡，从新拟订横断面，在按下述方法进行边坡稳定性分析下述方法进行边坡稳定性分析法法步骤：步骤：由
10、坡脚由坡脚A向下引垂线量取路堤高向下引垂线量取路堤高H c由由c沿水平线量取设沿水平线量取设D 在在A点作与边坡夹角点作与边坡夹角1，B点作与水平线夹角点作与水平线夹角2的两的两直线直线AO、BO交与交与O点点 连接连接DO并向外延伸并向外延伸 法精确用于分析重要建筑物的稳定性法精确用于分析重要建筑物的稳定性36法法方法：坡顶方法：坡顶B处作与坡顶水平线成处作与坡顶水平线成36的直线的直线BE 2、毕肖普法、毕肖普法 路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性已采用简化的毕肖普法进行分析计算。已采用简化的毕肖普法进行分析计算。a假设滑动面上抗剪强度与切向力
11、平衡假设滑动面上抗剪强度与切向力平衡假设滑动面上抗剪强度与切向力平衡假设滑动面上抗剪强度与切向力平衡: :b把把b式带入式带入a式式由圆弧法边坡稳定系数以及由圆弧法边坡稳定系数以及由圆弧法边坡稳定系数以及由圆弧法边坡稳定系数以及得到边坡稳定系数得到边坡稳定系数得到边坡稳定系数得到边坡稳定系数取取取取得得得得土条土条竖向力，竖向力，竖向力，竖向力，KNKN，包括土条自重及竖向外力，包括土条自重及竖向外力，包括土条自重及竖向外力，包括土条自重及竖向外力，当土条滑弧位于地基中时：当土条滑弧位于地基中时：当土条滑弧位于地基中时：当土条滑弧位于地基中时：当土条滑弧位于路堤中时：当土条滑弧位于路堤中时：当
12、土条滑弧位于路堤中时：当土条滑弧位于路堤中时：土条土条土条土条i i地及部分重力地及部分重力地及部分重力地及部分重力U U 地基平均固结度地基平均固结度地基平均固结度地基平均固结度土条土条土条土条i i路堤部分重力路堤部分重力路堤部分重力路堤部分重力土条土条土条土条i i竖向外力竖向外力竖向外力竖向外力 第三节第三节 浸水路堤稳定性浸水路堤稳定性一、河滩路堤受力：一、河滩路堤受力： 普通路堤外力、自重、浮力（受水浸泡产生浮力）普通路堤外力、自重、浮力（受水浸泡产生浮力）、渗透动水压力（路堤两侧水位高低不同时，水从高、渗透动水压力（路堤两侧水位高低不同时，水从高的一侧渗透到低的一侧产生动水压力）
13、的一侧渗透到低的一侧产生动水压力） 最不利情况：水位降落时动水压力指向河滩两侧最不利情况：水位降落时动水压力指向河滩两侧边坡，尤其当水位缓慢上涨而集聚下降时，对路堤最边坡，尤其当水位缓慢上涨而集聚下降时，对路堤最不利。不利。二、渗透动水压力的作用二、渗透动水压力的作用 三、渗透动水压力的计算三、渗透动水压力的计算浸润曲线与滑动面之间的土体面积浸润曲线与滑动面之间的土体面积浸润曲线与滑动面之间的土体面积浸润曲线与滑动面之间的土体面积水的容重，取水的容重，取水的容重，取水的容重，取10kn/10kn/ 三、河滩路堤边坡稳定性验算。三、河滩路堤边坡稳定性验算。河滩路堤最不利情况：最高洪水位骤然降落时
14、河滩路堤最不利情况：最高洪水位骤然降落时通常采用圆弧法（条分法）计算公式如下：通常采用圆弧法（条分法）计算公式如下： 注意情况：注意情况：1、砾石、片石等无粘性透水材料填筑的路堤水位变化、砾石、片石等无粘性透水材料填筑的路堤水位变化时，不发生动水压力时，不发生动水压力D=0，C=0，Cb=02、用不透水或透水极小的粘性土填筑的路堤水位变化、用不透水或透水极小的粘性土填筑的路堤水位变化时，不发生动水压力时，不发生动水压力D=03、用一般粘性土（亚粘土、亚砂土）填筑的路堤水位、用一般粘性土（亚粘土、亚砂土）填筑的路堤水位变化时，堤身产生动水压力变化时，堤身产生动水压力必须绘制浸润曲线（假定为直线，
15、坡度为降落曲线的平必须绘制浸润曲线（假定为直线，坡度为降落曲线的平均坡度）用前式计算均坡度）用前式计算4、河滩路堤的安全系数，一般规定不小于，按最大洪、河滩路堤的安全系数，一般规定不小于，按最大洪水位验算时，其安全系数可采用水位验算时，其安全系数可采用 第二节第二节 陡坡路堤稳定性验算陡坡路堤稳定性验算 地面横坡陡于地面横坡陡于1：（土质路堤）或陡于：（土质路堤）或陡于1：2（不易风化的岩（不易风化的岩石基底）或不稳固山坡上的路堤，需验算路堤边坡的稳定性以石基底）或不稳固山坡上的路堤，需验算路堤边坡的稳定性以预防路堤沿地面陡坡下滑。预防路堤沿地面陡坡下滑。滑动面可分为：滑动面可分为：路堤沿基底
16、接触面滑动路堤沿基底接触面滑动 路堤连同基底下的山坡覆盖层沿基岩面下滑路堤连同基底下的山坡覆盖层沿基岩面下滑验算中：验算中：应采用滑动面附近较为软弱的土的有关数据应采用滑动面附近较为软弱的土的有关数据 假定滑动面上土体沿滑动面整体滑动假定滑动面上土体沿滑动面整体滑动 1、滑动面为单一坡度倾斜面时（直线滑动、滑动面为单一坡度倾斜面时（直线滑动面稳定性验算）整个路堤沿直线斜坡面面稳定性验算）整个路堤沿直线斜坡面滑动的下滑力滑动的下滑力E为为剩余下滑力剩余下滑力E指滑动面上指滑动面上的土体下滑力的土体下滑力T与抗滑与抗滑力力R之差值，并考虑安之差值，并考虑安全系数全系数K（规范规定（规范规定K大于等
17、于大于等于1.3）1、直线滑动面陡坡路堤稳定性验算、直线滑动面陡坡路堤稳定性验算 滑动面为单一坡度的倾斜面。滑动面为单一坡度的倾斜面。 当验算设得下滑力当验算设得下滑力E为零或负值时，此路堤可认为为零或负值时，此路堤可认为是稳定的即：是稳定的即： E0路堤稳定路堤稳定 2、折线滑动面稳定性验算、折线滑动面稳定性验算步骤：步骤： 将折线划分为几个直线段路堤按各直线划分为若干块土体将折线划分为几个直线段路堤按各直线划分为若干块土体 从上侧山坡到下侧山坡，逐块计算每块沿滑动面的下滑力从上侧山坡到下侧山坡，逐块计算每块沿滑动面的下滑力 最后一块土体下滑力大于零不稳定，小于或等于零稳最后一块土体下滑力大
18、于零不稳定，小于或等于零稳 若算得第若算得第n块土体下滑力块土体下滑力En为负值，则可不列入下一块土体为负值，则可不列入下一块土体的计算（保守算法）的计算（保守算法）En平行于各相应土块的滑动面，最后一块土体平行于各相应土块的滑动面，最后一块土体En为正值时土体为正值时土体不稳定不稳定剩余下滑力：剩余下滑力：En0稳定稳定 En0不稳定不稳定3、稳定措施：、稳定措施：改善基底状况，增加滑动面的摩擦力或减小滑动力改善基底状况，增加滑动面的摩擦力或减小滑动力清除松软土层，夯实基底，使路堤位于坚实的硬层上清除松软土层，夯实基底，使路堤位于坚实的硬层上开挖台阶，放稳坡度，减小滑动力开挖台阶，放稳坡度，减小滑动力路堤上方排水，阻止地面水浸湿基底路堤上方排水，阻止地面水浸湿基底改变填料及断面形式：改变填料及断面形式：采用大颗粒填料，嵌入地面采用大颗粒填料，嵌入地面放缓坡脚处边坡，以增加抗滑力放缓坡脚处边坡，以增加抗滑力在坡脚处设支挡结构物在坡脚处设支挡结构物石砌护脚、干砌或浆砌挡土墙石砌护脚、干砌或浆砌挡土墙
