路基邊坡穩(wěn)定性分析計算方法（58頁）

1、路基邊坡穩(wěn)定性分析計算方法School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科主要內(nèi)容第一節(jié) 概述第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析第四節(jié) 軟土地基的路基穩(wěn)定性分析第五節(jié) 浸水路堤的穩(wěn)定性分析第六節(jié) 路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科第一節(jié) 概述寧淮高速公路School of Transportation Southeast University，Ch

2、ina 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科寧杭高速公路（浙江段）School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科1、邊坡種類：天然邊坡、人工邊坡。邊坡：具有傾斜坡面的巖土體。 土坡：具有傾斜坡面的土體。School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科天然邊坡：江、河、湖、海岸坡 山、嶺、丘、崗、天然坡School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與

3、鐵道工程國家重點學(xué)科人工邊坡：挖方：溝、渠、坑、池 填方：堤、壩、路基、堆料露天礦小浪底土石壩School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科2、什么是滑坡? 邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分土體相對與另一部分土體滑動的現(xiàn)象稱滑坡。土坡滑坡前征兆：坡頂下沉并出現(xiàn)裂縫，坡腳隆起。School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科School of Transportation Southeast University，Chi

4、na 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科 -內(nèi)部原因（1）土質(zhì)：各種土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度、抗水能力是不一樣的，如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的土、濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強(qiáng)度降低很多。（2）土層結(jié)構(gòu)：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當(dāng)下伏土層(或巖層)不透水時，容易在交界上發(fā)生滑動。（3）邊坡形狀：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下緩的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，當(dāng)土坡不高時尚可直立，但隨時間和氣候的變化，也會逐漸塌落。3、路基穩(wěn)定性分析的原因：School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科-外部原因（

5、1）降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中，使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，土質(zhì)變軟，強(qiáng)度降低；還可使土的重度增加，以及孔隙水壓力的產(chǎn)生，使土體作用有動、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設(shè)計斜坡應(yīng)針對這些原因，采用相應(yīng)的排水措施。（2）振動的作用：如地震的反復(fù)作用下，砂土極易發(fā)生液化；粘性土，振動時易使土的結(jié)構(gòu)破壞，從而降低土的抗剪強(qiáng)度；車輛運動、施工打樁或爆破，由于振動也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。（3）人為影響：由于人類不合理地開挖，特別是開挖坡腳；或開挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時，都可引起斜坡變形破壞。School of Transportat

6、ion Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科根本原因: 邊坡中土體內(nèi)部某個面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度。具體原因： （1）滑面上的剪應(yīng)力增加； （2）滑面上的抗剪強(qiáng)度減小。School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科土的計算參數(shù) 、 （可分層劃段，使參數(shù)一致，一般采用直接快剪或三軸不排水剪切試驗；高路堤時宜采用直接固結(jié)快剪或三軸固結(jié)不排水剪切試驗；軟土地基宜采用直接固結(jié)快剪或三軸不固結(jié)不排水剪切試驗）邊坡的取值 可取綜合坡度值，也可用坡頂與坡腳連線

7、近似表達(dá)汽車荷載的當(dāng)量換算 L=12.8m；Q=550kN；雙車道N=2，單車道N=1；B=Nb+(N-1)m+d,b=1.8m,m=1.3m,d=0.6m。4、邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科5、假定 1）基本假定不考慮滑動土體本身內(nèi)應(yīng)力分布；認(rèn)為平衡狀態(tài)只在滑動面上達(dá)到，滑動時成整體下滑；最危險的破裂面位置通過試算確定。School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科均質(zhì)粘

8、性土：光滑曲面 （圓柱面/圓?。?非均質(zhì)的多層土或含軟弱夾層的土坡: 復(fù)合滑動面2）滑動面的形狀無粘性土:平面School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科直線曲線折線工程地質(zhì)法（比擬法）力學(xué)分析法圖解法6、土坡穩(wěn)定性分析方法1）按失穩(wěn)土體的滑動面特征劃分：2）穩(wěn)定性分析計算方法：School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科 直線法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

9、壞時，破裂面近似平面。直線滑動面示意圖a)高路堤 b)深路塹 c)陡坡路堤BDA1:ma)1:nABDb)ADc)1、適用范圍第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科2、試算法式中：滑動面的傾角； f摩擦系數(shù)，f=tan； L滑動面的長度； N滑動面的法向分力； T滑動面的切向分力； c滑動面上的粘結(jié)力； Q滑動體的重力。BDAHRQNT1:m直線滑動面上的力系示意圖方法：假定，計算K與的關(guān)系。School of Transportation Southeast

10、University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科 3、解析法邊坡穩(wěn)定系數(shù)最小值：BDATNQH式中：School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科土的粘力使邊坡滑動面多呈現(xiàn)曲面，通常假定為圓弧滑動面。圓弧法適用于粘土，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。第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析1、適用范圍School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科2、分析方法瑞典法（

11、Wolmar Fellenius法）簡化的Bishop法傳遞系數(shù)法School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科NfWROBd假定滑動面為圓柱面，截面為圓弧，利用土體極限平衡條件下的受力情況： 滑動面上的最大抗滑力矩與滑動力矩之比 飽和粘土，不排水剪條件下，u0，fcu CA3、圓弧滑動面的分析法School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科假設(shè)圓弧滑動面確定圓心和半徑把滑動土體分成若干條（條分法）建立土條的靜力

12、平衡方程求解(取單位厚度計算）OrWiHiViHi+1Vi+1 4、圓弧滑動面的條分法 - 1）瑞典圓弧滑動法假設(shè)School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科假設(shè)（靜定化條件）各土條間的合力Si，Si+1平行于滑動面，并且相等（Si=Si+1)。WiHiViHi+1Vi+1SiSi+1建立土條垂直于滑動面的靜力平衡方程得 - 2）瑞典圓弧滑動法平衡公式School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科粘性土土坡滑動

13、前，坡頂常常出現(xiàn)豎向裂縫 CRdBAWfONA z0深度近似采用土壓力臨界深度 裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長度由AC減小到AC，如果裂縫中積水，還要考慮靜水壓力對土坡穩(wěn)定的不利影響。 Fs是任意假定某個滑動面的抗滑安全系數(shù)，實際要求的是與最危險滑動面相對應(yīng)的最小安全系數(shù) 假定若干滑動面 最小安全系數(shù) 3）瑞典圓弧滑動法原理-頂面有開裂School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科1）圓心確定計算之前需要先用圓心輔助線法確定滑動圓弧的圓心位置。-4.5H法5、瑞典圓弧滑動條分法School of Transpor

14、tation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科2）其他輔助方法-36線法School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科3）1和2 的確定School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科12ROBA對均質(zhì)粘性土土坡，其最危險滑動面通過坡腳 =0 輔助點O由1，2確定OB12AHE2H4.5HFs 0 圓心位置在EO的延長線上 -4）最危險滑動面圓心的確定Scho

15、ol of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科 當(dāng)土的內(nèi)摩擦角 =0時，最危險圓弧滑動面為一通過坡腳的圓弧，其圓心為D點。 當(dāng)土的 內(nèi)摩擦角 時，最危險圓弧 滑動面也為一通過坡腳的圓弧， 其圓心在ED的延長線上。School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科abcdiiOCRABH各土條對滑弧圓心的抗滑力矩和滑動力矩 滑動土體分為若干垂直土條土坡穩(wěn)定安全系數(shù) - 5）條分法基本思路School of Transporta

16、tion Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科滑動力矩 抗滑力矩 School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科由于式中： Ni各土條的法向應(yīng)力； Ti各土條的切向應(yīng)力； i各土條重心與圓心連接線 對豎軸y的夾角； L 滑動面圓弧全長； 0圓心角。6）瑞典圓弧滑動條分法總示意圖對于外形復(fù)雜、 0的粘性土土坡，土體分層情況時，要確定滑動土體的重量及其重心位置比較困難，而且抗剪強(qiáng)度的分布不同，一般采用條分法分析 School of Transportati

17、on Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科7）條分法分析步驟IabcdiiOCRABH按比例繪出土坡剖面 任選一圓心O，確定滑動面，將滑動面以上土體分成幾個等寬或不等寬土條 每個土條的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜力平衡假設(shè)兩組合力(Pi，Xi) (Pi1，Xi1)School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科滑動面的總滑動力矩 滑動面的總抗滑力矩 確定安全系數(shù) abcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1

18、NiTi條分法是一種試算法，應(yīng)選取不同圓心位置和不同半徑進(jìn)行計算，求最小的安全系數(shù) WiSchool of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科條分法計算步驟圓心O，半徑R分條編號列表計算 Wi bi i變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCaibBn i 321School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科1）表解法和圖表法 主要是對條分法進(jìn)行簡化后的粗略估算使用 表解法見4-9和圖解法4-10式2）解析法 針對高塑性

19、土，具體分為坡腳圓法和中點圓法 坡腳圓法見4-14和中點圓法見4-17式6、圓弧滑動面的圖表法及解析法School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科7、存在問題1）簡便法在力學(xué)上的矛盾（計算假定引起）si-1sisisi+12）相臨土條的si不相等School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科8、簡化的Bishop法（1955）建立土條側(cè)面力平衡方程，土條 i： HiHi1Hi 因School of Transp

20、ortation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科忽略成對條間力產(chǎn)生的力矩 按滑動體整體力矩平衡： 一般式簡化式通常迭代34次就可滿足精度要求 迭代法求Ks假定Ks1.0計算miKsKs是否Ks= KsSchool of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科幾種穩(wěn)定性驗算方法的比較School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科9、公路路基設(shè)計規(guī)范驗算方法School

21、of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科10、不平衡推力法School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科不平衡推力法假定各土條間推力Pi（即水平力E

22、i和豎向力Vi的合力）的作用方向平行于上側(cè)土條滑動面的傾角。由土條滑動面上切向力平衡條件得到Ei=Wisini+Ei-1cos( i-1- i)-Ti因 代入得：Ei=Wisin i+Ei-1cos( i-1- i)-再由土條滑動面上法向力平衡條件得到Ni=Wisin i+Ei-1sin( i-1- i)代入得：School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科School of Transportation Southeast University，China 東南大學(xué)道路與鐵道工程國家重點學(xué)科公路路基設(shè)計規(guī)范要求路堤穩(wěn)定安全系數(shù)要求5 簡布條分法（非圓弧普遍條分法）基本假定適用于任意形狀的滑裂面；假定條塊間水平作用力的位置；假定邊坡穩(wěn)定為平面應(yīng)變問題；假定整個滑裂面上的穩(wěn)定安全系數(shù)是一樣的；假定土條上所有垂直荷載的合力作用線和滑裂面的交點與Ni的作用點為同一點；假定已知推力線的位置，即簡單的假定土條側(cè)面推力呈直線分布，如果坡面有超載，側(cè)面推力成梯形分布，推力線應(yīng)通過梯形的形心；如果無超載，推力線應(yīng)選擇在土條下三分點附近。比較畢肖甫公式和簡布公式,兩者很相似，但分母有差別，畢肖甫公式是根據(jù)滑動面為圓弧面，滑動土體滿足整體力矩平衡條件推導(dǎo)出的。簡布公式則是利用力的多