路基邊坡穩(wěn)定性設計(3)課件

1、 一、邊坡破壞的機理1 1、土體強度破壞、土體強度破壞2 2、受水侵蝕、受水侵蝕3 3、設計施工不當、設計施工不當4 4、荷載過大、荷載過大5 5、地震或其它自然因素、地震或其它自然因素均由剪切破壞引起，均由剪切破壞引起， 二、邊坡穩(wěn)定性分析原理二、邊坡穩(wěn)定性分析原理1 1滑動面形狀滑動面形狀與土質有關與土質有關 粘性土粘性土圓柱形、碗形圓柱形、碗形 砂性土及砂土砂性土及砂土平面平面2 2力學求解問題力學求解問題單一平面問題單一平面問題靜力平衡問題，如圖靜力平衡問題，如圖4-1a4-1a）兩個破壞面問題兩個破壞面問題超靜定問題，如圖超靜定問題，如圖4-1b4-1b）多個破壞面問題多個破壞面問題

2、多次超靜定問題，如圖多次超靜定問題，如圖4-1c4-1c）TWN NTWa)直線破壞面 T1N1WT2N2b)折線破壞面 TNWC)曲線破壞面 圖4-1 邊坡的滑動面 二、邊坡穩(wěn)定性分析原理二、邊坡穩(wěn)定性分析原理 3.3.假設假設使求解靜不定問題變?yōu)殪o定問題使求解靜不定問題變?yōu)殪o定問題 滑動土體沿滑動面整體滑動（剛塑體）滑動土體沿滑動面整體滑動（剛塑體）, ,不考慮土體的相對不考慮土體的相對運動（不考慮內應力）；運動（不考慮內應力）； 土體在滑動面上達到極限平衡，滑動面唯一；土體在滑動面上達到極限平衡，滑動面唯一； 最不利滑動面，位置通過計算確定；最不利滑動面，位置通過計算確定； 滑動面通過坡

3、腳?；瑒用嫱ㄟ^坡腳。 二、邊坡穩(wěn)定性分析原理二、邊坡穩(wěn)定性分析原理4. 4. 邊坡穩(wěn)定性計算方法邊坡穩(wěn)定性計算方法 直線法直線法 砂土、砂性土砂土、砂性土土質：圓弧法土質：圓弧法 條分法條分法 粘性土粘性土 極限平衡法（考慮了安全系極限平衡法（考慮了安全系數）數） 表解法表解法石質：工程地質比擬法石質：工程地質比擬法5 5評定指標評定指標穩(wěn)定系數：穩(wěn)定系數：工程中，工程中，k k1.251.251.51.5111k， 穩(wěn) 定抗 滑 力 （ 矩 ）， 臨 界下 滑 力 （ 矩 ）， 不 穩(wěn) 定三、邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數三、邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數 1.1.土的計算參數土的計算參數 ：填土路堤一

4、致，天然路塹：填土路堤一致，天然路塹 多層土體：利用加權平均法多層土體：利用加權平均法 2 2邊坡的取值邊坡的取值 對于折線形或階梯形邊坡，對于折線形或階梯形邊坡， 一般取平均值，或坡腳點和坡頂點的連線。一般取平均值，或坡腳點和坡頂點的連線。 3 3荷載當量高度荷載當量高度h h0 0 汽車荷載汽車荷載 以相等壓力的土層厚度來代替荷載以相等壓力的土層厚度來代替荷載 當量土柱高當量土柱高11niiicc hH11niiitgh tgH11niiihHc、四、四、邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法力學分析法力學分析法 1直線法適 用 范 圍 ：直線法適用于砂直線法適用于砂土和砂性土土和砂性土(兩

5、者兩者合稱砂類土合稱砂類土)，土，土的抗力以內摩擦的抗力以內摩擦力為主，粘聚力力為主，粘聚力甚小。邊坡破壞甚小。邊坡破壞時，破裂面近似時，破裂面近似平面。平面。圖圖4-3 直線法計算圖直線法計算圖 cos +cLGsinFGtgKTcos +cLGsinFGtgKT先假定路堤邊坡值，然后先假定路堤邊坡值，然后通過坡腳通過坡腳A點假定點假定34個個可能的破裂面可能的破裂面i，如圖，如圖4-3b，求出相應的穩(wěn)定系數，求出相應的穩(wěn)定系數Ki值值得出得出Ki與與i的關系曲線的關系曲線，如圖，如圖4-3c在在K=f()關系曲線上找關系曲線上找到最小穩(wěn)定系數值到最小穩(wěn)定系數值Kmin，及對應的極限破裂面傾

6、斜及對應的極限破裂面傾斜角角值。值。 四、四、邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法力學分析法力學分析法 按微分方法，當按微分方法，當dK/d=0可可求穩(wěn)定系數求穩(wěn)定系數K最小時破裂面傾最小時破裂面傾斜角斜角0值值 。 均質砂類土路塹均質砂類土路塹 00cos +cLGsin FGtgKTf a ctgactg 四、四、邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法力學分析法力學分析法 成層砂類土邊坡成層砂類土邊坡 ii11ni1i=1(cos +C L )G sinnnniiiiiniiFGtgKT四、四、邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法力學分析法力學分析法 2 2圓弧法圓弧法 （1）適用范圍l 圓

7、弧法適用于粘性土，土的抗力以粘聚力為主，內摩擦力較小。邊坡破壞時，破裂面近似圓柱形。 適用于邊坡有不同的土層、均質土邊坡，部分被淹沒、均質土壩，局部發(fā)生滲漏、邊坡為折線或臺階形的粘性土的路堤與路塹。 （2）假定）假定假定土為均質和各向同性；假定土為均質和各向同性；滑動面通過坡腳；滑動面通過坡腳；不考慮土體的內應力分布及各土不考慮土體的內應力分布及各土條之間相互作用力的影響，土條條之間相互作用力的影響，土條不受側向力作用，或雖有側向力不受側向力作用，或雖有側向力，但與滑動圓弧的切線方向平行，但與滑動圓弧的切線方向平行 （3）基本原理）基本原理將圓弧滑動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計算每一土

8、將圓弧滑動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計算每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，然后疊加計算出整個滑動土體的條沿滑動面的下滑力和抗滑力，然后疊加計算出整個滑動土體的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。圓弧法的計算精度主要與分段數有關。分段愈多則計算結果愈圓弧法的計算精度主要與分段數有關。分段愈多則計算結果愈精確，一般分精確，一般分810段。段。小段的劃分，還可結合橫斷面特性，如劃分在邊坡或地面坡度小段的劃分，還可結合橫斷面特性，如劃分在邊坡或地面坡度變化之處，以便簡化計算。變化之處，以便簡化計算。四、四、邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法力學分析法力學分析法 （4 4）步驟）步驟 通過坡腳任意選定可能發(fā)生的圓

9、弧滑動面通過坡腳任意選定可能發(fā)生的圓弧滑動面ABAB，其半徑為，其半徑為R R，沿路線縱向取單，沿路線縱向取單位長度位長度1m1m。將滑動土體分成若干個一定寬度的垂直土條，其寬一般為。將滑動土體分成若干個一定寬度的垂直土條，其寬一般為2 24m4m，如下圖所示。如下圖所示。 計算每個土條的土體重計算每個土條的土體重G Gi i( (包括小段土重和其上部換算為土柱的荷載在內包括小段土重和其上部換算為土柱的荷載在內) )。G Gi i可分解為垂直于小段滑動面的法向分力可分解為垂直于小段滑動面的法向分力N Ni i=G=Gi icoscosi i和平行于該面的切向分力和平行于該面的切向分力T Ti

10、ii isinsini i，其中，其中i i為該弧中心點的半徑線與通過圓心的豎線之間的夾角，為該弧中心點的半徑線與通過圓心的豎線之間的夾角， i i( (其中其中x xi i為圓弧中心點距圓心豎線的水平距離，為圓弧中心點距圓心豎線的水平距離，R R為圓弧半徑為圓弧半徑) ) 計算每一小段滑動面上的反力計算每一小段滑動面上的反力( (抵抗力抵抗力) )，即內摩擦力，即內摩擦力N Ni if(f(其中其中f=tgf=tg i i ) )和粘和粘聚力聚力cLcLi i（i i為為i i小段弧長小段弧長) )。 以圓心以圓心O O為轉動圓心，半徑為轉動圓心，半徑R R為力臂，計算滑動面上各力對為力臂，

11、計算滑動面上各力對O O點的滑動力矩和點的滑動力矩和抗滑力矩抗滑力矩 求穩(wěn)定系數求穩(wěn)定系數K K值值 下抗MMK iiiiiiiiixGGcLGfTTRcLNifRKsinsincos)()(四、四、邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法力學分析法力學分析法 （5 5）確定圓心輔助）確定圓心輔助線線 四、四、邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法表解法表解法圖4-9 表解法邊坡穩(wěn)定性分析原理 一、可能滑動的陡坡路堤形式一、可能滑動的陡坡路堤形式 )( 0)1()( 01)(不穩(wěn)定不穩(wěn)定抗下下KFFEkCLNtgF原 因：基底接觸面較陡或強度較弱表現(xiàn)形式：路堤整體沿基底接觸面滑動 原 因：基底修筑在

12、軟弱土層上 表現(xiàn)形式：路堤連同其下的軟弱土層沿某一滑動面滑動原 因：基底下巖層強度不均勻，如泥質頁巖表現(xiàn)形式：路堤沿某一最弱的層面滑動二二、陡坡路堤穩(wěn)定性分析的計算參數、陡坡路堤穩(wěn)定性分析的計算參數 應采用因浸水而降低的強度數據。應采用因浸水而降低的強度數據?？稍诨组_挖臺階時選擇測試數據中較低的一組，并可在基底開挖臺階時選擇測試數據中較低的一組，并按滑動面受水浸濕的程度再予以適當降低。按滑動面受水浸濕的程度再予以適當降低。 5、驗算方法、驗算方法1)單坡直線形驗算方法單坡直線形驗算方法方法方法：sin)(cos)(PQcLtgPQK)(25.1穩(wěn)定下抗FFKa1a2a3方法方法：計算剩余下滑

13、力：計算剩余下滑力E三、陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法三、陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法 2222112221122211111111)sin(cos)(1)cos(sin)()cos)(1sin)(1LCtgEPQKEPQELCtgPQKPQFKFE抗下2）多坡折線形剩余下滑力a）分條；b）依次計算土條剩余下滑力，求最后下一層的En，判斷En=？)sin(cos)(1)cos(sin)(1111nnnnnnnnnnnnnnLCtgEPQKEPQEcos)(1sin)()(111111111111111111lctgAKAlctgNKTE)sin(1)cos(222211221122lctgENKET

14、E一、浸水路堤及其作用力系一、浸水路堤及其作用力系概念：受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等均稱浸水路堤。力系：除承受普通路堤所承受的外力及自重力外還承受浮力及滲透動水壓力的作用 二、滲透動水壓力的作用二、滲透動水壓力的作用 由于在土體內滲水速度比河中水位升降速度慢，由于在土體內滲水速度比河中水位升降速度慢，當堤外水位升高時，堤內水位的比降曲線成凹當堤外水位升高時，堤內水位的比降曲線成凹形，動水壓力向土體內；形，動水壓力向土體內；當堤外水位下降時，堤內水位比降曲線當堤外水位下降時，堤內水位比降曲線成凸形，動水壓力向土體外面，滲透水成凸形，動水壓力向土體外面，滲透水流還能帶走路堤細小的土粒

15、而引起路流還能帶走路堤細小的土粒而引起路堤的變形；堤的變形； 水 位 上 漲水 位 下 降圖4-15 路堤內浸潤曲線 六、浸水路堤邊坡穩(wěn)定性驗算六、浸水路堤邊坡穩(wěn)定性驗算假設：假設：B：全部浸水和部分浸水的土條總數。：全部浸水和部分浸水的土條總數。 C：完全不浸水的土條總數。：完全不浸水的土條總數。（滲透動水壓力）（滲透動水壓力）D：作用于浸潤線以下土體的重心，方向平：作用于浸潤線以下土體的重心，方向平行水利坡降。行水利坡降。浸水路堤除受行車荷載和自重外還受到水的浮力和滲透動水壓浸水路堤除受行車荷載和自重外還受到水的浮力和滲透動水壓力的作用。力的作用。五、滲透動水壓力的計算五、滲透動水壓力的計

16、算 =/ccBBccBBcBnccBBccBBcBnfNfNCLC L RMKMTT RDSfNfNc Lc LTTDS R抵抗滑動滲透動水壓力計算方法 ：DIB0 動水壓力計算圖示 六、浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析六、浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析 1動水壓力的考慮動水壓力的考慮浸水路堤的穩(wěn)定性按最不利的情況分析：最高洪水位驟然降落時；浸水路堤的穩(wěn)定性按最不利的情況分析：最高洪水位驟然降落時；幾乎不透水的粘土路堤，水位漲落對土體內部影響較小，可不考慮動水壓幾乎不透水的粘土路堤，水位漲落對土體內部影響較小，可不考慮動水壓力；力；透水性較強的土填筑，雖可發(fā)生橫穿路堤的滲透，但其作用力一般較??；透水性較強的土填筑，雖可發(fā)生橫穿路堤的滲透，但其作用力一般較??；若路堤采用不透水材料填筑，則不會發(fā)生橫穿滲透現(xiàn)象，故也可不計算；若路堤采用不透水材料填筑，則不會發(fā)生橫穿滲透現(xiàn)象，故也可不計算；當路堤用普通土填筑，浸水后土體內產生動水壓力。當路堤用普通土填筑，浸水后土體內產生動水壓力。2穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析 ccBBc cB BcBfN fN cL cLKTT D DTTLCLCNfNcfKBCBBccBBc假設：假設