[整理版]第四章 路基邊坡穩(wěn)固性95089

1、路基路面工程課程第四章第四章 路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計 一、邊坡破壞的機理1、土體強度破壞2、受水侵蝕3、設(shè)計施工不當(dāng)4、荷載過大5、地震或其它自然因素均由剪切破壞引起， 路基穩(wěn)定性分析的原因：路基穩(wěn)定性分析的原因：n邊坡過陡、自然平衡條件被破壞、水流沖刷、地基承載力邊坡過陡、自然平衡條件被破壞、水流沖刷、地基承載力過低等都會造成邊坡沿一剪切面產(chǎn)生坍塌，必須分析其穩(wěn)過低等都會造成邊坡沿一剪切面產(chǎn)生坍塌，必須分析其穩(wěn)定性。定性。 二、邊坡穩(wěn)定性分析原理1滑動面形狀與土質(zhì)有關(guān) 粘性土圓柱形、碗形 砂性土及砂土平面2力學(xué)求解問題單一平面問題靜力平衡問題，如圖4-1a）兩個破壞面問題超靜定

2、問題，如圖4-1b）多個破壞面問題多次超靜定問題，如圖4-1c）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 3.假設(shè)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）,不考慮土體的相對運動（不考慮內(nèi)應(yīng)力）；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；滑動面通過坡腳。 二、邊坡穩(wěn)定性分析原理4. 邊坡穩(wěn)定性計算方法 直線法 砂土、砂性土土質(zhì)：圓弧法 條分法 粘性土 極限平衡法（考慮了安全系數(shù)） 表解法石質(zhì)：工程地質(zhì)比擬法5評定指標穩(wěn)定系數(shù)：工程中，k1.251.511

3、1k， 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(shù) 1.土的計算參數(shù) ：填土路堤一致，天然路塹 多層土體：利用加權(quán)平均法 2邊坡的取值 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。 3荷載當(dāng)量高度h0 汽車荷載 以相等壓力的土層厚度來代替荷載 當(dāng)量土柱高11niiicc hh11niiitgh tgh11niiihhc、邊坡穩(wěn)定性概念邊坡穩(wěn)定性概念n邊坡一般是指具有傾斜坡面的土體或巖體，由于坡表面傾邊坡一般是指具有傾斜坡面的土體或巖體，由于坡表面傾斜，在坡體本身重力及其他外力作用下，整個坡體有從高斜，在坡體本身重力

4、及其他外力作用下，整個坡體有從高處向低處滑動的趨勢，同時，由于坡體土處向低處滑動的趨勢，同時，由于坡體土(巖巖)自身具有一自身具有一定的強度和人為的工程措施，它會產(chǎn)生阻止坡體下滑的抵定的強度和人為的工程措施，它會產(chǎn)生阻止坡體下滑的抵抗力?？沽?。n一般來說，如果邊坡土一般來說，如果邊坡土(巖巖)體內(nèi)部某一個面上的滑動力超體內(nèi)部某一個面上的滑動力超過了土過了土(巖巖)體抵抗滑動的能力，邊坡將產(chǎn)生滑動，即失去體抵抗滑動的能力，邊坡將產(chǎn)生滑動，即失去穩(wěn)定；如果滑動力小于抵抗力，則認為邊坡是穩(wěn)定的。穩(wěn)定；如果滑動力小于抵抗力，則認為邊坡是穩(wěn)定的。四、邊坡穩(wěn)定性分析方法力學(xué)分析法 1直線法適用范圍：直線法

5、適用于砂土和砂性土(兩者合稱砂類土)，土的抗力以內(nèi)摩擦力為主，粘聚力甚小。邊坡破壞時，破裂面近似平面。圖4-3 直線法計算圖 cos +clgsinfgtgktcos +clgsinfgtgkt先假定路堤邊坡值，然后通過坡腳a點假定34個可能的破裂面i，如圖4-3b，求出相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)ki值得出ki與i的關(guān)系曲線，如圖4-3c在k=f()關(guān)系曲線上找到最小穩(wěn)定系數(shù)值kmin，及對應(yīng)的極限破裂面傾斜角值。 四、邊坡穩(wěn)定性分析方法力學(xué)分析法 按微分方法，當(dāng)dk/d=0可求穩(wěn)定系數(shù)k最小時破裂面傾斜角0值 。 均質(zhì)砂類土路塹 00cos +clgsin f gtgktf a ctgactg 四、邊坡

6、穩(wěn)定性分析方法力學(xué)分析法 成層砂類土邊坡 ii11ni1i=1(cos +c l )g sinnnniiiiiniifgtgkt四、邊坡穩(wěn)定性分析方法力學(xué)分析法 2圓弧法 （1）適用范圍l 圓弧法適用于粘性土，土的抗力以粘聚力為主，內(nèi)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(zhì)土邊坡，部分被淹沒、均質(zhì)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）假定假定土為均質(zhì)和各向同性；滑動面通過坡腳；不考慮土體的內(nèi)應(yīng)力分布及各土條之間相互作用力的影響，土條不受側(cè)向力作用，或雖有側(cè)向力，但與滑動圓弧的切線方向平行 （3）基本原理將圓弧滑動面上的土體劃分為若干

7、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穩(wěn)定性。圓弧法的計算精度主要與分段數(shù)有關(guān)。分段愈多則計算結(jié)果愈精確，一般分810段。小段的劃分，還可結(jié)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。四、邊坡穩(wěn)定性分析方法力學(xué)分析法 （4）步驟通過坡腳任意選定可能發(fā)生的圓弧滑動面ab，其半徑為r，沿路線縱向取單位長度1m。將滑動土體分成若干個一定寬度的垂直土條，其寬一般為24m，如下圖所示。計算每個土條的土體重gi(包括小段土重和其上部換算為土柱的荷載在內(nèi))。gi可分解為垂直于小段滑動面的法向分力ni=gicosi和平行于該面的切向分力tiisini，

8、其中i為該弧中心點的半徑線與通過圓心的豎線之間的夾角，i(其中xi為圓弧中心點距圓心豎線的水平距離，r為圓弧半徑) 計算每一小段滑動面上的反力(抵抗力)，即內(nèi)摩擦力nif(其中f=tgi )和粘聚力cli（i為i小段弧長)。 以圓心o為轉(zhuǎn)動圓心，半徑r為力臂，計算滑動面上各力對o點的滑動力矩和抗滑力矩 求穩(wěn)定系數(shù)k值 下抗mmk iiiiiiiiixggclgfttrclnifrksinsincos)()(四、邊坡穩(wěn)定性分析方法力學(xué)分析法 （5）確定圓心輔助線 四、邊坡穩(wěn)定性分析方法表解法圖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 原 因：基底接觸面較陡或強度較弱表現(xiàn)形式：

9、路堤整體沿基底接觸面滑動 原 因：基底修筑在軟弱土層上 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(zhì)頁巖表現(xiàn)形式：路堤沿某一最弱的層面滑動二、陡坡路堤穩(wěn)定性分析的計算參數(shù) 應(yīng)采用因浸水而降低的強度數(shù)據(jù)?？稍诨组_挖臺階時選擇測試數(shù)據(jù)中較低的一組，并按滑動面受水浸濕的程度再予以適當(dāng)降低。 5、驗算方法1)單坡直線形驗算方法方法：)(0)1()(01)(不穩(wěn)定不穩(wěn)定抗下下kffekclntgfsin)(cos)(pqcltgpqk)(25. 1穩(wěn)定下抗ffk方法：計算剩余下滑力ea1a2a3三、陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法 2）多坡折線形剩余下滑力a）分條；b

10、）依次計算土條剩余下滑力，求最后下一層的en，判斷en=？2222112221122211111111)sin(cos)(1)cos(sin)()cos)(1sin)(1lctgepqkepqelctgpqkpqfkfe抗下)sin(cos)(1)cos(sin)(1111nnnnnnnnnnnnnnlctgepqkepqecos)(1sin)()(111111111111111111lctgakalctgnkte)sin(1)cos(222211221122lctgenkete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

11、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 由于在土體內(nèi)滲水速度比河中水位升降速度慢，當(dāng)?shù)掏馑簧邥r，堤內(nèi)水位的比降曲線成凹形，動水壓力向土體內(nèi)；當(dāng)?shù)掏馑幌陆禃r，堤內(nèi)水位比降曲線成凸形，動水壓力向土體外面，滲透水流還能帶走路堤細小的土粒而引起路堤的變形； 圖4-15 路堤內(nèi)浸潤曲線 n三、三、浸水路堤的特點浸水路堤的特點n 1、 坡腳、邊坡易受水流的沖刷；坡腳、邊坡易受水流的沖刷；n 2、 路堤填料浸水強度下降；路堤填料浸水強度下降；n 3、 浸水路堤常常遇到軟地基；浸水路堤常常遇到軟地基；n 4、 水位降驟，滲透動水壓力，會產(chǎn)生不利的影響。水位降驟，滲透動水壓力，

12、會產(chǎn)生不利的影響。n四、水位升降對路堤邊坡的影響。四、水位升降對路堤邊坡的影響。nd=f(v,h降降)， c- 水 位 上 漲水 位 下 降六、浸水路堤邊坡穩(wěn)定性驗算假設(shè)：b：全部浸水和部分浸水的土條總數(shù)。 c：完全不浸水的土條總數(shù)。（滲透動水壓力）d：作用于浸潤線以下土體的重心，方向平行水利坡降。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力的作用。五、滲透動水壓力的計算 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 1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；幾乎不透水的粘土路堤，水位漲落對土體內(nèi)部影響較小，可不考慮動水壓力；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??；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(dāng)路堤用普通土填筑，浸水后土體內(nèi)產(chǎn)生動水壓力。2穩(wěn)定性分析 =/ccbbccbbcbnccbbccbbcbnfnfnc lc lrmkmttrd sfnfnc lc lttd s r抵