第4章路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

第四章

路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)針對(duì)問題：1.邊坡失穩(wěn)

2.陡坡路堤的失穩(wěn)

3.地基失穩(wěn)第一節(jié)概述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。天然邊坡：江、河、湖、海岸坡山、嶺、丘、崗、天然坡第一節(jié)概述人工邊坡：挖方：溝、渠、坑、池填方：堤、壩、路基、堆料第一節(jié)概述2、什么是滑坡?

邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分土體相對(duì)與另一部分土體滑動(dòng)的現(xiàn)象稱滑坡。第一節(jié)概述土坡滑坡前征兆：坡頂下沉并出現(xiàn)裂縫，坡腳隆起。3影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素

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(shí)，容易在交界上發(fā)生滑動(dòng)。

（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(shí)尚可直立，但隨時(shí)間和氣候的變化，也會(huì)逐漸塌落。第一節(jié)概述3影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素

外部原因（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(dòng)、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設(shè)計(jì)斜坡應(yīng)針對(duì)這些原因，采用相應(yīng)的排水措施。（2）振動(dòng)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(dòng)時(shí)易使土的結(jié)構(gòu)破壞，從而降低土的抗剪強(qiáng)度；車輛運(yùn)動(dòng)、施工打樁或爆破，由于振動(dòng)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(shí)將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時(shí)，都可引起斜坡變形破壞。第一節(jié)概述◆3、路基穩(wěn)定性分析的原因：根本原因:邊坡中土體內(nèi)部某個(gè)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。第一節(jié)概述a.對(duì)于路塹天然邊坡或地基部分，取原狀土，測(cè)其容重γ，內(nèi)摩擦角Φ，粘聚力c，根據(jù)實(shí)際情況采用原位剪切試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)或三軸試驗(yàn)。4、邊坡穩(wěn)定性分析的計(jì)算參數(shù)（a）施工期穩(wěn)定分析：采用cu、Φu（直剪快剪或三軸不排水剪）（b）運(yùn)營(yíng)期穩(wěn)定分析：新建路堤采用ccu、Φcu（直剪固結(jié)快剪或三軸固結(jié)不排水剪）;

已建成路堤采用cu、Φu（直剪快剪或三軸不排水剪）（1）所需土的試驗(yàn)資料b.對(duì)路堤邊坡：取與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度一致的壓實(shí)土試驗(yàn)數(shù)據(jù)第一節(jié)概述

※路堤各層填料性質(zhì)不同時(shí)，所采用驗(yàn)算數(shù)據(jù)可按加權(quán)平均法求得。第一節(jié)概述（2）路堤上汽車荷載的換算B——橫向分布車輛輪胎外緣之間總距，mb——每一輛車輪胎外緣之間的距離，md——相鄰兩輛車輪胎之間的凈距，m公路—Ⅰ級(jí)和公路—Ⅱ級(jí)汽車荷載，L=12.8m將車輛布置于路堤上，車輛的設(shè)計(jì)荷載換算成相當(dāng)于土層厚度h0⑴可分布在行車道寬度范圍內(nèi)⑵考慮實(shí)際行車有可能偏移或車輛停放在路肩上，也可認(rèn)為當(dāng)量土層分布于整個(gè)路基寬度上a.當(dāng)量土柱高度b.荷載分布方式（3）邊坡的取值可取綜合坡度值，也可用坡頂與坡腳連線近似表達(dá)第一節(jié)概述5、邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法

路基邊坡穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算的方法很多，歸納起來有力學(xué)演算法和工程地質(zhì)法兩大類。力學(xué)驗(yàn)算法又叫極限平衡法，假定邊坡眼某一形狀滑動(dòng)面破壞，按力學(xué)平衡原理進(jìn)行計(jì)算。因此，根據(jù)滑動(dòng)面形狀的不同，又分為直線法，圓弧法和折線法三種。

1)力學(xué)驗(yàn)算的基本假定是：

a．破裂面以上的不穩(wěn)定土土體沿破裂面作整體滑動(dòng)，不考慮其內(nèi)部的應(yīng)力分布不均和局部移動(dòng)；

b．土的極限平衡狀態(tài)只在破裂面上達(dá)到，滑動(dòng)時(shí)呈整體下滑；

c.最危險(xiǎn)的破裂面通過試算確定。第一節(jié)概述2）滑動(dòng)面的形狀②均質(zhì)粘性土：光滑曲面（圓柱面/圓?。?適用范圍

此方法適用于由砂土或砂性土組成，抗力以摩阻力為主2均質(zhì)砂，礫類土路堤邊坡

穩(wěn)定系數(shù)：

安全系數(shù)K一般采用1.25~1.5。第二節(jié)直線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析WTTN穩(wěn)定條件：T>T砂土的內(nèi)摩擦角抗滑力與滑動(dòng)力的比值

安全系數(shù)內(nèi)摩擦角為0時(shí)第二節(jié)直線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析3.試算法第二節(jié)直線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析4.直線破裂的路塹（解析法）hΘΦA(chǔ)BCa——參數(shù)，f——土體內(nèi)摩擦系數(shù)，其他符號(hào)意義同前第二節(jié)直線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析1圓弧法

圓弧條分法（瑞典法），用圓弧條分法驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性時(shí)，有以下假定：

1.破裂面為圓柱面

2.計(jì)算中不考慮土條間的作用力

3.土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)用破裂面上全部抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比來定義確定圓心輔助線有兩種方法：4.5H法和

36°法第三節(jié)曲線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析Fellenius(4.5H法)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心的確定β1β2ROβBA對(duì)于均質(zhì)粘性土土坡，其最危險(xiǎn)滑動(dòng)面通過坡腳

=0

圓心位置由β1，β2確定OEFs

>0

圓心位置在EO的延長(zhǎng)線上

Bβ1β2βAH4.5H2H條分法abcdiβiOCRABH各土條對(duì)滑弧圓心的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩滑動(dòng)土體分為若干垂直土條土坡穩(wěn)定安全系數(shù)對(duì)于外形復(fù)雜、

>0的粘性土土坡，土體分層情況時(shí)，要確定滑動(dòng)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條分法分析步驟IabcdiβiABH2.任選一圓心O，確定滑動(dòng)面，將滑動(dòng)面以上土體分成幾個(gè)等寬或不等寬土條

3.每個(gè)土條的受力分析

XiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜力平衡假設(shè)兩組合力(Pi，Xi)＝(Pi＋1，Xi＋1)cdbali1.按比例繪出土坡剖面

條分法分析步驟ⅡabcdiβiOCRABHXiPiXi+1Pi+1NiTiWicdbali4.滑動(dòng)面的總滑動(dòng)力矩

5.滑動(dòng)面的總抗滑力矩

6.確定安全系數(shù)

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(jì)算，求最小的安全系數(shù)2折線法

折線法（又稱傳遞系數(shù)法）適用于滑動(dòng)面為折線或其他形狀的邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。穩(wěn)定性指標(biāo)為剩余下滑力，即：

根據(jù)E的正負(fù)土坡的穩(wěn)定性第三節(jié)曲線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析?

折線法陡坡路堤穩(wěn)定性分析示例

請(qǐng)用剩余下滑力方法分析下圖所示的折線坡上路堤的抗滑穩(wěn)定性。已知：

1)路堤的幾何參數(shù)如圖所示，其中：

2)土的參數(shù)為：，，；

3)作用在路堤上的超載；

4)抗滑安全系數(shù)。

計(jì)算：

1)首先求土塊①的剩余下滑力；①的面積：S1＝1/2(4+6)×2+1/2×6×6=28m2①的重量：G1=28×18=504kN/m①的抗滑力：R1=1/K[(G1+qb1)cosα1×tg＋cL1]

＝1/1.25[544×0.707×0.268＋10×6.0/0.707]

＝150.36kN/m①的下滑力：T1=（G1+qb1）sinα1＝544×0.707

＝384.608kN/m

所以，①的剩余下滑力為：F1＝T1－R1＝234.25kN/m

2)F1當(dāng)作外力，求土塊②的剩余下滑力；

②的面積：S2＝4×8=32m2②的重量：G2=32×18=576kN/m②的抗滑力：R2=1/K[(G2+qb2＋F1×0.707)×tg＋cL2]

＝1/1.25[781.61×0.268＋10×4.0]

＝199.58kN/m②的下滑力：T2=F1×0.707＝234.25×0.707

＝165.61kN/m②的剩余下滑力為：F2＝T2－R2＝-33.97kN/m<0，也即①和②可以自平衡，所以令F2為0，不帶入下塊計(jì)算。

3)求土塊③的剩余下滑力；③的面積：S3＝1/2×8×8=32m2③的重量：G3=32×18=576kN/m③的抗滑力：R3=1/K[G3×cosα2×tg＋cL3]

＝1/1.25[576×0.97×0.268＋10×8.0/0.97]

＝185.8kN/m③的下滑力：T3=G3×sinα2＝576×0.242

＝139.4kN/m③的剩余下滑力為：F3＝T3－R3＝-46.4kN/m<04)因?yàn)棰鄣氖Ｓ嘞禄π∮?，折線路堤滿足抗滑要求。

1浸水路堤的特點(diǎn)

建筑在橋頭引道，河灘及河流沿岸，受到季節(jié)性或長(zhǎng)期浸水的路堤，稱為浸水路堤。

（1）穩(wěn)定性受水位降落的影響

當(dāng)水位上漲時(shí)，土體除承受向上的浮力外，土粒還受到指向土體內(nèi)部的動(dòng)水壓力作用，增加了路堤的穩(wěn)定性。

當(dāng)水位下降時(shí)，其動(dòng)水壓力方向指向土體外面，劇烈地破壞邊坡的穩(wěn)定性，并可能產(chǎn)生邊坡凸起或滑坡現(xiàn)象。第四節(jié)浸水路堤邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算（2）穩(wěn)定性與路堤填料透水性有關(guān)以粘性土填筑的路堤達(dá)到最佳密實(shí)度后，透水性很弱；以砂礫石填筑的路堤，由于空隙大，透水性強(qiáng)。因此水位漲落對(duì)這兩種土的邊坡穩(wěn)定性影響一般不大。2浸水路堤的高度與斷面形式一般浸水路堤的最低設(shè)計(jì)標(biāo)高，可取設(shè)計(jì)洪水位加安全高度0.5m。

大河兩岸或水庫(kù)路堤，因水面較寬，可能有壅水現(xiàn)象或波浪侵襲，路堤的最低設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)為：

H=設(shè)計(jì)洪水位+可能的壅水高+波浪侵襲高+安全高度（0.5m）。3動(dòng)水壓力計(jì)算

凡用粘性土填筑的錦水路堤（不包括透水性極小的純粘土），必須進(jìn)行滲透動(dòng)水壓力計(jì)算：

D=IΩBΔ0

I——滲透水力坡降

ΩB——浸潤(rùn)線與滑動(dòng)面之間的面積,m2

；

Δ0——水的比重（Δ0=9.8），kN/m3。

4浸水路堤邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算