路基路面工程教案

路基路

YICAIWNGB'AN

GHAM2020YEAR-

一CAL-FEN

以洵旗詫

路基路面工程

教

案

專業(yè)：交通工程專業(yè)

姓名：尹振羽

2

教學(xué)要求

1對(duì)于知識(shí)性較強(qiáng)、內(nèi)容重要的章節(jié)采用以板書為主，做到把路基路面工

程的基本知識(shí)講清楚，學(xué)生學(xué)的扎實(shí)，及時(shí)布置課堂作與課后作業(yè)。

2對(duì)于書中內(nèi)容繁雜的部分，采用課堂授課與課后自學(xué)相結(jié)合的形式，要

求學(xué)生在課后自學(xué)完成部分，提交自學(xué)總結(jié)報(bào)告。

3對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的施工部分，在本課程建設(shè)中采用多媒體進(jìn)行教學(xué)，將

路基施工、基層施工及面層施工過程錄制教學(xué)圖片，節(jié)省教學(xué)時(shí)間，加大授課

的信息量，提高教學(xué)速率，同時(shí)還提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4對(duì)于《路基路面工程》課程的考核方法，力求做到盡可能綜合反應(yīng)學(xué)生

的整體素質(zhì)，主要從兩個(gè)方面對(duì)教學(xué)效果評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改革。一是作業(yè)形式的

改革，課后作業(yè)中的基本理論題與計(jì)算題，按傳統(tǒng)的方式以書面形式完成。針

對(duì)現(xiàn)在教材中測定學(xué)生綜合素質(zhì)的作業(yè)缺少的情況，依據(jù)課程進(jìn)展情況布置課

后調(diào)研論文型題目，比如瀝青路面施工部分，可讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，利用圖書館

和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查閱資料，總結(jié)世界先進(jìn)的瀝青路面施工工藝，提交自學(xué)總結(jié)和

調(diào)查報(bào)告。二是考試采用閉卷與開卷相結(jié)合的方式，開卷考試能夠體現(xiàn)學(xué)生的

理解深度和掌握程度，在培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力方面有不可替代的優(yōu)勢。本課程

開卷考試避免出現(xiàn)加大題量，多選用能綜合體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)深度和廣度方面的內(nèi)

容，增加是非題、與實(shí)際工程密切相關(guān)的論述題等，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際、思考

與解決問題的能力，使學(xué)生的成績能夠真正體現(xiàn)其綜合素質(zhì)。

3

教學(xué)安排

教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)講授學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)

144

總論

244

行車荷載、環(huán)境因素、材料力學(xué)性質(zhì)

322

一般路基設(shè)計(jì)

466

路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

522

路基防護(hù)與加固

644

擋土墻設(shè)計(jì)

7222

路基路面排水設(shè)計(jì)

822

土質(zhì)路基施工

944

無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定路面

10442

瀝青路面

1166

瀝青路面設(shè)計(jì)

12442

水泥混凝土路面

1366

水泥混凝土路面設(shè)計(jì)

總計(jì)60546

4

第一章總論

教學(xué)目標(biāo)

掌握路基路面工程特點(diǎn)，路面結(jié)構(gòu)基層位功能；熟悉路基的水溫狀況及干

濕類型，路面的等級(jí)與分類；了解影響路基路面穩(wěn)定的因素，公路自然區(qū)劃，

路基土的分類；

重點(diǎn)：路面結(jié)構(gòu)基層位的基本概念、功能。

§1-1道路工程發(fā)展概況

一、古代道路發(fā)展概況

1.道路：

4000多年前：車和行車的路

商代：驛道傳送

西周：以都市為中心

秦代：大修馳道、直道

西漢：驛亭3萬處

唐代：以長安為中心的驛道網(wǎng)

清末：修建了簡陋的公路

1912-1949：13萬km,通車8萬km

2.路面結(jié)構(gòu)：

我國古代：條石、塊石和石板

歐洲：石料

20世紀(jì)：形成新的學(xué)科分支

二、我國路基路面工程的成果

1.公路自然區(qū)劃：7大區(qū)

2.士的工程分類：巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土

3.路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性

以回彈模量作為評(píng)價(jià)路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的力學(xué)指標(biāo)。

4.高路堤修筑技術(shù)與支擋結(jié)構(gòu)

5.軟土地基穩(wěn)定技術(shù)

6.巖石路基爆破技術(shù)

7.瀝青路面結(jié)構(gòu)：

60年代初，揭開了用國產(chǎn)瀝青筑路的序幕。

早期的瀝青路面薄層表面處治層。

70年代末，逐步形成了以貫入式路面為主的瀝青路面承重結(jié)構(gòu)。

80年代末采用總厚度超過70cm的重型瀝青路面結(jié)構(gòu)。

5

形成了瀝青路面整套技術(shù)。

8.水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)：

70年代中期，采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。

在我國形成丁關(guān)于水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的整套技術(shù)。

9.柔性路面設(shè)計(jì)理論與方法：

在力學(xué)理論基礎(chǔ)方面，建立了彈性力學(xué)多層結(jié)構(gòu)承受多個(gè)圓形荷載的分析

系統(tǒng)。

10.剛性路面設(shè)計(jì)理論與方法：

在力學(xué)基礎(chǔ)理論方面，運(yùn)用解析法及有限元法建立彈性力學(xué)層狀結(jié)構(gòu)，彈

性地基板體結(jié)構(gòu)模型。

11.半剛性路面結(jié)構(gòu):一種主要的結(jié)構(gòu)型式。

12.路面使用性能與表面特性：

路面的平整度、破損程度、承載能力及抗滑性能。

13.路面養(yǎng)護(hù)管理：

路面管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、項(xiàng)目和路網(wǎng)級(jí)優(yōu)化管理決策。

三、引起重視的學(xué)科

1.材料科學(xué)：材料微觀結(jié)構(gòu)研究，復(fù)合材料研究。

2.巖土工程學(xué)：土力學(xué)、巖石力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等。

3.結(jié)構(gòu)分析理論：設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)為主演變成以結(jié)構(gòu)分析理論為主。

4.機(jī)電工程：施工裝備的性能與施工工藝。

5.自動(dòng)控制與量測技術(shù)：在施工過程中嚴(yán)格控制各項(xiàng)指標(biāo)。

6.現(xiàn)代管理科學(xué)：大型的管理系統(tǒng)，對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)路基路面工程各個(gè)階段的

信息進(jìn)行跟蹤、采集、存儲(chǔ)、處理、定期作評(píng)估和預(yù)測。

§1-2路基路面工程的特點(diǎn)

1.路基定義：在天然地面上按道路的設(shè)計(jì)線形（位置）和設(shè)計(jì)橫斷面（幾何尺寸）

的要求開挖或堆填而成的巖土結(jié)構(gòu)物。

2.路面定義：在路基頂面的行車部分用各種混合料鋪筑而成的層狀結(jié)構(gòu)物。

3.特點(diǎn):

路基是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，路面結(jié)構(gòu)層的存在又保護(hù)了路基。

路基和路面相輔相成。

路基與路面工程工程數(shù)量十分可觀。

路面結(jié)構(gòu)在道路造價(jià)中所占比重很大，達(dá)到30%左右。

路基路面是一項(xiàng)線形工程，決定了路基與路面工程復(fù)雜多變的特點(diǎn)。

一、承載能力

6

要求路基路面結(jié)構(gòu)整體及其各組成部分具有與行車荷載相適應(yīng)的承載能力。

結(jié)構(gòu)承載能力包括強(qiáng)度與剛度兩方面。

強(qiáng)度——抵抗車輪荷載引起的各個(gè)部位的各種應(yīng)力的性質(zhì)。

剛度——在車輪荷載作用下不發(fā)生過量的變形的性質(zhì)。

二、穩(wěn)定性

1.在地表上開挖或填筑，改變原她層結(jié)構(gòu)。

2.大氣降水使得路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕度狀態(tài)發(fā)生變化。

3.大氣溫度周期性的變化對(duì)路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要影響如凍脹、翻漿。

三、耐久性

路基路面工程從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工至建成通車需要較長時(shí)間，且投資大的工

程應(yīng)有較長的使用年限。因此路基路面工程應(yīng)具有耐久的性能。

四、路面表面平整度

影響行車安全，行車舒適性以及運(yùn)輸效益的重要使用性能。

五、抗滑性能

摩擦系數(shù)。

§1-3影響路基路面穩(wěn)定的因素

1.地理?xiàng)l件：

公路沿線的地形、地貌和海拔高度。

平原區(qū)地勢平坦，路基需要保持一定的最小填土高度。

2.地質(zhì)條件：巖石的種類、成因、節(jié)理、風(fēng)化程度和裂隙情況等。

3.氣候條件：氣溫、降水、濕度。

4.水文和水文地質(zhì)條件：河流洪水位，常水位。

5.土的類別：不同的土類具有不同的工程性質(zhì)。

§1-4路基土的分類

1.土的分類

（1）分類體系

劃分依據(jù)：根據(jù)土的顆粒組成，塑性指數(shù)和土中有機(jī)質(zhì)含量分類。

分類：巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土、特殊土。

（2）分類方法

1）按有機(jī)質(zhì)含量：有機(jī)質(zhì)土，無機(jī)質(zhì)土。

2）無機(jī)質(zhì)土按粗粒含量：巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土三類。

3）巨粒土、粗粒土按其細(xì)粒含量和級(jí)配進(jìn)一步細(xì)分（粒徑大小、不均勻系數(shù)

和曲率系數(shù)）。

4）細(xì)粒土按塑指Ip和液限WL在塑性圖上進(jìn)一步細(xì)分。

7

2.公路用土的工程性質(zhì)

巨粒土：高強(qiáng)度、穩(wěn)定性。

礫石混合料：強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足要求。

砂土：無塑性，壓實(shí)困難。

砂性土：粗、細(xì)顆粒適宜，理想材料。

粉性土：粉土顆粒，毛細(xì)作用強(qiáng)烈。需改良使用。

粘性土：細(xì)顆粒含量多。

重粘土：不透水，粘聚力大，干燥時(shí)很堅(jiān)硬，施工難易開挖與破碎。

§1-5公路自然區(qū)劃

一、公路自然區(qū)劃的制定原則

1.道路工程特征相似性原則

2.地表氣候區(qū)域差異性原則

3.自然氣候因素既有綜合又有主導(dǎo)作用的原則

二、公路自然區(qū)劃的劃分

我國公路自然區(qū)劃分為三個(gè)等級(jí)。

1.一級(jí)區(qū)劃：七個(gè)一級(jí)區(qū)

I——北部多年凍土區(qū)；

II——東部溫潤季凍區(qū)；

III——黃土高原干濕過渡區(qū)；

IV——東南濕熱區(qū)；

V------西南潮暖區(qū)；

VI——西北干旱區(qū)；

vn——青藏高寒區(qū)。

2.二級(jí)區(qū)劃：

依據(jù)潮濕系數(shù)K,將全國分為33個(gè)二級(jí)區(qū)和18個(gè)二級(jí)副區(qū)。

3.三級(jí)區(qū)劃：

1)以水熱、地理和地貌為依據(jù)，分為若干個(gè)具有相似性的區(qū)域單元;

2)以地表的地貌、水文和土質(zhì)為依據(jù)分為若干個(gè)類型單元。

§1-6路基水溫狀況及干濕類型

一、路基濕度來源

(1)大氣降水；

(2)地面水；

(3)地下水；

(4)毛細(xì)水;

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(5)水蒸汽凝結(jié)水；

(6)薄膜移動(dòng)水。

二、大氣溫度對(duì)路基水溫狀況的影響

凍脹:沿路基深度出現(xiàn)較大的溫度梯度時(shí)，水分在溫差的影響下以液態(tài)或氣

態(tài)由熱處向冷處移動(dòng)，并積聚在該處。這種現(xiàn)象特別是在季節(jié)性冰凍地區(qū)尤為

嚴(yán)重。積聚的水凍結(jié)后體積增大，使路基隆起而造成面層開裂，即凍脹現(xiàn)象。

翻漿:春暖化凍時(shí)，路面和路基結(jié)構(gòu)由上而下逐漸解凍，而積聚在路基上層

的水分先融解，水分難以迅速排除，造成路基上層的濕度增加，路面結(jié)構(gòu)的承

載能力便大大降低。經(jīng)重車反復(fù)作用，路基路面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的變形，路基

土以泥漿的形式從脹裂的路面縫隙中冒出，形成了翻漿。

三、路基干濕類型

1.干濕狀態(tài)

干燥、中濕、潮濕和過濕。

要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)。

2.分界標(biāo)準(zhǔn)

干濕類型以分界稠度wcl、wc2和wc3來劃分。

稠度wc定義:土的含水量w與土的液限wl之差與土的塑限wp與液限之差

wL的比值。即

wc=(wL-w)/(wL-wp)(1.1)

3.公路干濕類型確定：

1)對(duì)于原有公路，按不利季節(jié)路槽底面以下80cm深度范圍內(nèi)路基土的平均

稠度確定。

2)對(duì)于新建道路，可用路基臨界高度為標(biāo)準(zhǔn)來確定。

路基臨界高度:與分界稠度相對(duì)應(yīng)的路基離地下水位或地表積水水位的高度稱

為路基臨界高度Ho

§1-7路面結(jié)構(gòu)及層位功能

一、路面橫斷面

1.槽式橫斷面

2.全鋪式橫斷面

二、路拱橫坡度

路拱：橫坡度

橫坡度：行車、排水

三、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能

1.面層

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特點(diǎn)：直接同行車和大氣接觸，承受較大的行車荷載的垂直力、水平力和沖

擊力的作用，受到降水的浸蝕和氣溫變化的影響。

要求：具備較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，

耐磨，不透水；其表面還應(yīng)有良好的抗滑性和平整度。

材料：水泥混凝土、瀝青餛凝土、瀝青碎（礫）石混合料、砂礫或碎石摻土或

不摻土的混合料以及塊料等。

分層：分兩層或三層鋪筑。水泥混凝土路面也有分上下兩層鋪筑。

2.基層

特點(diǎn)：承受由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并擴(kuò)散到下面的墊層和土基中

去。

要求：是路面結(jié)構(gòu)中的承重層，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并具有良好的擴(kuò)散

應(yīng)力的能力，具有足夠的水穩(wěn)定性。

材料：主要有各種結(jié)合料（如石灰、水泥或?yàn)r青等）穩(wěn)定土或穩(wěn)定碎（礫）石、

貧水泥混凝土、天然砂礫、碎石或礫石、片石、塊石或圓石，各種工業(yè)廢渣

（如煤渣、粉煤灰、礦渣、石灰渣等）和土、砂、石所組成的混合料等。

分層：分兩層或三層。

3.墊層

特點(diǎn)：改善土基的濕度和溫度狀況；擴(kuò)散基層傳下的荷載應(yīng)力。

要求：水穩(wěn)性、隔溫性。

材料：松散粒料，砂、礫石；穩(wěn)定類墊層，水泥、石灰穩(wěn)定。

§1-8路面的等級(jí)與分類

一、路面類型

面層類型適用范圍

瀝青混凝土高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路

高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路、四

水泥混凝土

級(jí)公路

瀝青貫入、瀝青碎石瀝

三級(jí)公路、四級(jí)公路

青表面處治

砂石路面四級(jí)公路

二、路面分類

1.柔性路面

總體結(jié)構(gòu)剛度較小，產(chǎn)生較大的彎沉變形，抗彎拉強(qiáng)度較低，土基承受較大

的單位壓力。

主要靠抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度承受車輛荷載的作用。

10

包括各種未經(jīng)處理的粒料基層和各類瀝青面層、碎（礫）石面層或塊石面層組

成的路面結(jié)構(gòu)。

2.剛性路面

主要指用水泥混凝土作面層或基層的路面結(jié)構(gòu)。

抗彎拉強(qiáng)度高，較高的彈性模量，較大的剛性。

豎向彎沉較小，路面結(jié)構(gòu)主要靠水泥混凝土板的抗彎拉強(qiáng)度承受車輛荷載，

通過板體的擴(kuò)散分布作用，傳遞給基礎(chǔ)上的單位壓力較柔性路面小得多。

3.半剛性路面

用水泥、石灰等無機(jī)結(jié)合料處治的土或碎（礫）石及含有水硬性結(jié)合料的工業(yè)

廢渣修筑的基層。

前期具有柔性路面的力學(xué)性質(zhì)，后期的強(qiáng)度和剛度均有較大幅度的增長，但

是最終的強(qiáng)度和剛度仍遠(yuǎn)小于水泥混凝土。

課后習(xí)題

一、名詞解釋

1.公路自然區(qū)劃2.路基臨界高度3.平均稠度4.路拱5.柔性路面6.剛性

路面

二、思考題

1.簡述路面結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)、作用及材料。

2.路基和路面在公路中各起什么作用有哪些基本要求

3.判斷土基干濕類型的分界稠度法和臨界高度法各自的依據(jù)條件和資料有

哪些？

4.路基干濕類型有那些劃分方法，干濕類型對(duì)路基有哪些影響？

5.試述新建公路土基干濕類型的確定方法。

6.為何要進(jìn)行公路目然區(qū)劃，制定自然區(qū)劃的原則又是什么？試述公路自然

區(qū)劃的意義。

7.影響路基路面的水有哪些水對(duì)路基有哪些影響

8.試述地下水對(duì)路基的影響和氣溫對(duì)路面的影響。

9.對(duì)路基填料有什么要求，對(duì)不同性質(zhì)的土，填筑路堤時(shí)要注意哪些問

題？

10.為什么路面要?jiǎng)澐纸Y(jié)構(gòu)層次，如何進(jìn)行劃分？

11.試述面層的作用及對(duì)其基本要求。

11

12.試述基層和墊層的作用及對(duì)各自的基本要求。

13.試從材料，物理力學(xué)特性，行車性能和設(shè)計(jì)控制指標(biāo)各方面講述柔性路

面與剛性路面的區(qū)別。

14.我國現(xiàn)行路面是怎樣分類與分級(jí)的？簡述其意義。

三、計(jì)算題：

1已知某市屬于IV4區(qū)，有一段粘土路基，路面底面高出她面0.3m,地下

水位距地面0.8m,請確定該路基的干濕類型和平均濕度。

第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學(xué)性質(zhì)

教學(xué)目標(biāo)

掌握路基的承載能力，路基的變形、破壞及防治，路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特

性；熟悉行車荷載，路面材料的累積變形與疲勞特性：了解環(huán)境因素對(duì)路基路

面的影響；

重點(diǎn)：行車荷載的基本概念、路基的承載能力。

難點(diǎn)：路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性、累計(jì)變形與疲勞特性。

課時(shí)安排

§2-1行車荷載

一、車輛的種類

分為客車與貨車兩大類。

客車：小客車、中客車與大客車。

貨車：整車、牽引式掛車和牽引式半掛車。

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——軸重作為荷載標(biāo)準(zhǔn)。

二、車輛的軸型

我國公路與城市道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中以1OOkN作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸重。

三、汽車對(duì)道路的靜態(tài)壓力

1.汽車處于停駐狀態(tài)下——靜態(tài)壓力。

垂直壓力P：與汽車輪胎的內(nèi)壓力Pi、輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形狀、輪載的

大小等有關(guān)。

輪胎與路面接觸面上的壓力p＜內(nèi)壓力Pi,約為(0.8?0.9)Pi。

2.接觸壓力

直接取內(nèi)壓力作為接觸壓力，并假定在接觸面上壓力是均勻分布的。

3.輪胎與路面的接觸面形狀

近似于橢圓形，在工程設(shè)計(jì)中采用圓形接觸面積。

4.當(dāng)量的圓

12

將車輪荷載簡化成當(dāng)量的圓形均布荷載，并采用輪胎內(nèi)壓力作為接觸壓力P,輪胎與路

面接觸圓的半徑可以按式(2.1)確定。

5.標(biāo)準(zhǔn)軸載

我國現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ—100的P=100/4kN,p=700kPa:

dl00=0.213m,D100=0.302m

四、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的汽車：垂直靜壓力、水平力、振動(dòng)力。

動(dòng)力影響還有瞬時(shí)性的特征。

1.水平力

車輪施加于路面的各種水平力Q值與車輪的垂直壓力P,以及路面與車輪之間的附著

系數(shù)(P有關(guān)，其最大值Qmax不會(huì)超過P與中的乘積，即：

Qmax<P<p(2.2)

2.動(dòng)載特性

其變異系數(shù)：

(1)行車速度：車速越高，變異系數(shù)越大；

(2)路面的平整度：平整度越差，變異系數(shù)越大；

(3)車輛的振動(dòng)特性：輪胎的剛度低，減振裝置的效果越好，變異系數(shù)越小。

沖擊系數(shù)：振動(dòng)輪載的最大峰值與靜載之比。

3.瞬時(shí)性

0.1~0.01s左右。

五、交通分析

1.交通量

交通量是指一定時(shí)間間隔內(nèi)通過道路某一斷面的車輛總數(shù)。

2.交通量預(yù)測

在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過調(diào)查分析確定初始年平均日交通量N1,設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通

量Ne可以按式

3.標(biāo)準(zhǔn)軸載等效換算

汽車的軸載與通行次數(shù)可以按照等效原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。

我國瀝青路面和水泥混凝土路面規(guī)范均以單軸100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表

o

各級(jí)軸載等效換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載所依據(jù)的原則：

同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下，要達(dá)到相同的疲勞損壞程度。

4.軸跡橫向分布

輪跡橫向分布的圖形和峰值：交通的渠化程度，它隨許多因素變化，諸如：交通組織

13

類型(不分車道混合交通，劃標(biāo)線分道行駛或設(shè)分隔帶分道行駛)、車道寬、交通密度、交

通組成、車速以及司機(jī)的駕駛習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)等。

§2-2環(huán)境因素影響

1.溫度變化對(duì)路面的影響

2.溫度變化預(yù)測

3.大氣濕度

§2-3士基的力學(xué)強(qiáng)度特性

一、路基受力狀況

路基：自重、輪重設(shè)計(jì)：路基受力在路基彈性限度范圍內(nèi)輪載引起的垂直應(yīng)力：自重

垂直應(yīng)力

二、路基工作區(qū)

概念：在路基某一深度處，當(dāng)車輪荷載引起的垂直應(yīng)力與路基土自重引起的垂直應(yīng)力

相比所占比例很小(1/10-1/5),該深度范圍內(nèi)的路基稱為應(yīng)力工作區(qū)。

工作區(qū)內(nèi)：強(qiáng)度、穩(wěn)定性重要，壓實(shí)度提高。

三、路基土的應(yīng)力——應(yīng)變特性

路基土變形：彈性、塑性

試驗(yàn)：壓入承載板試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)

繪應(yīng)力與回彈變形的關(guān)系——非線性

應(yīng)力——應(yīng)變特性：非線性、彈塑性

模量：初始切線模量、切線模量、割線模量、回彈模量

四、重復(fù)荷載對(duì)路基土的影響

塑性變形積累：土的性質(zhì)、相對(duì)荷載、荷載作用的性質(zhì)

§2-4土基的承載能力

土基承載能力：路基頂面在一定應(yīng)力級(jí)位下抵抗變形的能力。

一、土基回彈模量

反映土基在瞬時(shí)荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)。

測定：圓形承載板。

柔性壓板：土基與壓板之間的接觸壓力為常量。

剛性壓板：壓板下土基頂面的撓度為等值。

承載板直徑：車輪的輪印當(dāng)量圓直徑。

14

二、地基反應(yīng)模量

文科勒地基：土基頂面任一點(diǎn)的彎沉僅同該點(diǎn)的垂直壓力成正比，而與其他相鄰點(diǎn)處

的壓力無關(guān)。

K=p/1

承載板試驗(yàn)測定（一次加載到位）。

KR=1.77K

三、加州承載比

以材料抵杭局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以它們的

相對(duì)比值表示CBR值。

§2-5路基的變形、破壞及防治

一、路基的主要病害

1.路基沉陷

路基沉陷是指路基表面在垂直方向產(chǎn)生較大的沉落。

路基的沉陷：

一是路基本身的壓縮沉降；

二是由于路基下部天然地面承載能力不足，在路基自用下引起沉陷或向兩側(cè)擠出而造

成的。

2.邊坡滑塌

路基邊坡滑塌分為溜方與滑坡兩種情況。

1）溜方：由于少量土體沿土質(zhì)邊坡向下移動(dòng)所形成。

主要是由于流動(dòng)水沖刷邊坡或施工不當(dāng)而引起的。

2）滑坡：一部分土體在重力作用下沿某一滑動(dòng)面滑動(dòng)。

滑坡主要是由于土體的穩(wěn)定性不足所引起的。

3）碎落和崩塌：路塹邊坡風(fēng)化巖層表面從坡面上剝落。

4）路基沿山坡滑動(dòng)：整個(gè)路基沿傾斜的原地面向下滑動(dòng)。

5）不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞

二、路基病害防治

1.正確設(shè)計(jì)路基橫斷面。

2.選擇良好的路基用土填筑路基。

3.采取正確的填筑方法，保證達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。

4.適當(dāng)提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下水位上升進(jìn)入路基工作區(qū)范圍。

5.正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)。

6.必要時(shí)設(shè)計(jì)隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積，砂

15

墊層以疏干土基。

7.采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、上體加筋等防護(hù)技術(shù)措施，以提高其整體穩(wěn)定

性。

§2-6路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性

路面所用的材料，按其不同的形態(tài)及成型性質(zhì)大致可分為三類：松散顆粒型材料及塊

料；瀝青結(jié)合料類；無機(jī)結(jié)合料類。

一、抗剪強(qiáng)度

材料的抗剪強(qiáng)度由摩擦阻力和粘結(jié)力兩部分組成，摩擦阻力與作用在剪切面上的法向

正應(yīng)力成正比。

瀝青混合料：礦質(zhì)顆粒之間的摩擦阻力，粒料與瀝青的粘結(jié)力以及瀝青膜之間的粘滯

阻力共同形成抗剪強(qiáng)度。

瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度與瀝青的粘度、用量、試驗(yàn)溫度、加荷速率等因素有關(guān)。

混合料中的礦質(zhì)粒料因有瀝青涂敷，其摩阻力比純粒料有所下降。瀝青含量越多，夕值

下降越多，而集料級(jí)配良好，富有棱角時(shí)，有助于提高摩阻角。

二、抗拉強(qiáng)度

瀝青路面、水泥混凝土路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時(shí)產(chǎn)生收縮，這些收縮

變形受到約束阻力時(shí)，將在結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生拉力，當(dāng)材料的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗上述拉應(yīng)

力時(shí)，路面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生拉伸斷裂。

路面材料的抗拉強(qiáng)度：混合料中結(jié)合料的粘結(jié)力所提供，

采用直接拉伸或間接拉伸試臉，測繪應(yīng)力一應(yīng)變曲線，取曲線的最大應(yīng)力值為抗拉強(qiáng)

度。

直接拉伸試驗(yàn)：混合料制成圓柱形試件。

間接拉伸試驗(yàn)：劈裂試驗(yàn)。

瀝青混合料在常溫條件下，試驗(yàn)溫度增加，抗拉強(qiáng)度減小；在負(fù)溫條件下，溫度降

低，抗拉強(qiáng)度增大。

三、抗彎拉強(qiáng)度

用水泥混凝土，瀝青混合料以及半剛性路面材料修筑的結(jié)構(gòu)層，在車輪荷載作用下，

處于受彎曲工作狀態(tài)。由車輪荷載引起的彎拉應(yīng)力超過材料的抗彎拉強(qiáng)度時(shí)，路面會(huì)產(chǎn)

生彎曲斷裂。

路面材料的抗彎拉強(qiáng)度，通過簡支小梁試驗(yàn)評(píng)定。

四、應(yīng)力---應(yīng)變特性

1.碎、礫石材料

16

1）由三軸壓縮試驗(yàn)所得到的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線

應(yīng)力一應(yīng)變特性具有明顯的非線性特征。

碎、礫石材料的回彈模量值同材料的級(jí)配、顆粒形狀、密實(shí)度等因素有關(guān)。

密實(shí)度越高，模量值越大：顆粒棱角多，模量高。

2.水泥混凝土和無機(jī)結(jié)合料混合料

采用單軸、三軸壓縮小梁試驗(yàn)方法。

3.混合料中的瀝青具有依賴于溫度和加荷時(shí)間的粘一彈性性狀一瀝青混合料在荷載作用

之下的應(yīng)變具有隨溫度和荷載作用時(shí)間而變化的特性。

當(dāng)瀝青混合料受力較小，且力的作用時(shí)間十分短暫時(shí)，處于彈性狀態(tài)并兼有彈粘性性

質(zhì)。

當(dāng)瀝青混合料受力較大，且力的作用時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出彈性，彈

——粘性和彈——粘——塑性等不同性狀。

應(yīng)力——應(yīng)變特性關(guān)系：勁度模量St,T表征。

瀝青混合料的勁度模量實(shí)質(zhì)上就是在特定溫度與特定加荷時(shí)間條件下的常量參數(shù)。

瀝青混合料的勁度模量可以根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀缓徒煌l件，選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)溫度和加荷時(shí)

間，用單軸壓縮，三軸壓縮或小梁試臉方法進(jìn)行測定。

§2-7路面材料的累積變形與疲勞特性

路面結(jié)構(gòu)在荷載應(yīng)力重復(fù)作用下，可能出現(xiàn)的破壞圾限狀態(tài)有二類：

1.彈塑性工作狀態(tài)——塑性變形的累積——破壞極限狀態(tài);

2.彈性工作狀態(tài)——結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生微量損傷——疲勞斷裂——破壞極限狀態(tài)。

水泥混凝土路面——彈性工作狀態(tài)——出現(xiàn)疲勞破壞；

瀝青路面在低溫環(huán)境中——彈性工作狀態(tài)——出現(xiàn)疲勞破壞，

在高溫環(huán)境中——彈塑性工作狀態(tài)——出現(xiàn)累積變形。

在季節(jié)性溫差很大的地區(qū)，瀝青路面兼有疲勞破壞和累積變形兩種極限狀態(tài)。

無機(jī)結(jié)合料處治的半剛性路面材料---彈性狀態(tài)----疲勞破壞；

粘土為結(jié)合料的碎、礫石路面——彈塑性狀態(tài)——塑性變形的累積。

一、累積變形

1.碎、礫石混合料

碎、礫石混合料在重復(fù)應(yīng)力作用下的塑性變形累積規(guī)律同細(xì)粒土相似。

級(jí)配不良、顆粒尺寸單一的混合料，在應(yīng)力重復(fù)作用很多次以后，塑性變形仍有增大

趨勢。

含有細(xì)粒過多的混合料，由于混合料密實(shí)度降低，變形累積過大，因此均不宜用于修

筑路面。

17

2.瀝青混合料

重復(fù)應(yīng)力作用下變形累積：單軸壓縮試驗(yàn)或重復(fù)作用三軸壓縮試驗(yàn)來進(jìn)行。

影響累積變形的因素，除了溫度、應(yīng)力大小以及加荷時(shí)間之外，同集料的狀況也有關(guān)

系。

二、疲勞特性

疲勞破壞：路面材料在低于極限抗拉強(qiáng)度下經(jīng)受重復(fù)拉應(yīng)力或拉應(yīng)變而最終導(dǎo)致破

壞。

疲勞壽命：導(dǎo)致材料最終破壞的荷載作用次數(shù)。

路面材料的疲勞特性：與荷載應(yīng)力（應(yīng)變）、荷載作用次數(shù)有很大關(guān)系。

1.水泥混凝土及無機(jī)結(jié)合料處治的混合料

小梁試件施加重復(fù)應(yīng)力。

通常用不同應(yīng)力水平達(dá)到破壞時(shí)的荷載反復(fù)作用次數(shù)所繪成的散點(diǎn)圖來說明。

重復(fù)彎拉應(yīng)力與極限彎拉應(yīng)力值之比稱為應(yīng)力比。

繪制應(yīng)力比與重復(fù)作用次數(shù)的關(guān)系曲線，稱為疲勞曲線。

無機(jī)結(jié)合料處治的混合料其疲勞特性同水泥混凝土相類似，但疲勞極限明顯比水泥混

凝土低。

2.瀝青混合料

瀝青混合料疲勞特性的室內(nèi)試駿：

小梁試件，進(jìn)行反復(fù)彎曲疲勞試驗(yàn)，

圓柱形試件進(jìn)行間接拉伸疲勞試驗(yàn)。

兩種試驗(yàn)方法：控制應(yīng)力和控制應(yīng)變試驗(yàn)。

控制應(yīng)變所得到的材料疲勞壽命比控制應(yīng)力所得到的結(jié)果的大得多。

3.Miner定律

各級(jí)荷載作用下材料的疲勞損壞疊加。

疲勞破壞是路面結(jié)構(gòu)損傷的主要現(xiàn)象，路面材料的抗疲勞性能直接關(guān)系到路面的使用

壽命。

提高路面的抗疲勞性能：合理的材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

影響瀝青混合料疲勞特性的因素：瀝青混合料的密實(shí)度、勁度、瀝青含量、集料特

性、溫度及加載速度等。

課后習(xí)題

一、名詞解釋

1.雙圓荷載圖式2.勁度模量3.累計(jì)當(dāng)量軸次4.路基工作區(qū)5.土基回彈

模量

18

6.加州承載比CBR7.疲勞破壞8.滑坡9.地基反應(yīng)模量lO.Miner定律

11.沉陷

二、思考題

1.車輛的車輪對(duì)路面的作用由哪些在瀝青路面厚度設(shè)計(jì)計(jì)算中，主要考慮

哪些力為什么

2.在路面設(shè)計(jì)中，如何進(jìn)行交通量軸載換算，依據(jù)是什么？

3.什么是標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，它與哪些因素有關(guān)？

4.車輪的接觸壓力、接觸面面積應(yīng)怎樣計(jì)算單圓和雙圓圖式對(duì)路面的設(shè)計(jì)

起什么作用

5.說明軸載等效換算的意義；怎樣計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次

數(shù)？

6.簡述路基的病害及防治措施。

7.土基在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生的塑性變形累積的破壞程度取決于何種因

素？

8.在重復(fù)荷載作用下，路基路面材料的變形有何規(guī)律性？

9.我國路面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)軸載是什么為何如此設(shè)定其參數(shù)有哪些

10.簡述單圓荷載圖示、雙圓荷載圖式有什么區(qū)別？

11.什么叫勁度瀝青混合料的勁度主要同哪些因素有關(guān)

12.簡述路面材料的累積變形與疲勞特性，并舉例說明。

13.路基工作區(qū)指什么其影響深度受哪些因素影響

14.路基干濕類型劃分幾類根據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)劃分劃分的目的是什么

15.分析比較瀝青混合料和水泥混凝土疲勞特性的異同。

三、計(jì)算題：

19

表2-1汽車后軸資制

后軸總重輪壓輪載接觸面積當(dāng)量圓半全(cm)

后軸數(shù)輪組數(shù)

MpaKNKNcm2單圓圖示雙圓圖示

11230.5

12600.5

121000.7

222200.7

1請計(jì)算表2-1中汽車的輪載、接觸面積、當(dāng)量回半徑（包括單圓和雙圓圖

式）。

hr：弓，a65936,才

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JJLUIiILi_ilHitiltLL_L一」―卜

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圖27荷載作用圖示

2.雙圓均布豎向荷載作用于路基上，如圖2-1所示。荷載的單位壓力

P=0.7MPa,直徑d=2L3cm;路基士的彈性參數(shù)E0=40MPa,g=0.35o試計(jì)

算并給出圖中0,1,2——10各點(diǎn)的豎向位移曲線。（提示：應(yīng)用疊加原

第三章一般路基的設(shè)計(jì)

教學(xué)目標(biāo)

掌握路基的類型與構(gòu)造，路基設(shè)計(jì)；熟悉路基設(shè)計(jì)的一般要求；了解路

基附屬設(shè)施；

重點(diǎn)：路基三要素（高度，寬度、邊坡坡度）的基本概念

難點(diǎn)：具體路基設(shè)計(jì)

課時(shí)安排

§3-1路基設(shè)計(jì)的一般要求

路基是路面的基礎(chǔ)，承受著本身土體的自重和路面結(jié)構(gòu)的重量傳遞下來的行

車荷載。

路基設(shè)計(jì)根據(jù)路線平、縱、橫設(shè)計(jì)，精心布置，確定標(biāo)高。

路基承受的行車荷載，主要作用在應(yīng)力作用區(qū)范圍之內(nèi)。

路基的整體結(jié)構(gòu)中包括各項(xiàng)附屬設(shè)施。

一般路基：指在良好地質(zhì)與水文等條件下，填方高度和挖方深度不大的路

基?！x用典型斷面圖。

20

特殊路基：對(duì)于超過規(guī)范規(guī)定的高填、深挖路基，以及地質(zhì)和水文等條件特

殊的路基。——進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。

§3-2路基的類型與構(gòu)造

路基橫斷面的典型形式——路堤、路塹和填挖結(jié)合等三種類型。

路堤：指全部用巖土填筑而成的路基。

路塹：指全部在天然地面開挖而成的路基。

半填半挖路基：當(dāng)天然地面橫坡大，且路基較寬，需要一側(cè)開挖而另一側(cè)填

筑時(shí)，為填挖結(jié)合路基。

一、路堤

按路提的填土高度不同，劃分為矮路堤、高路堤和一般路堤。

矮路堤：填土高度小于1.0-1.5m;

高路堤：填土高度大于18m(土質(zhì))或20m(石質(zhì))的路堤；

一般路堤：填土高度在8m范圍內(nèi)的路堤。

矮路堤常在平坦地區(qū)取十困難時(shí)選用，滿足最小填土高度的要求。

高路堤的填方數(shù)量大，占地多，需進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)。

二、路塹

路塹橫斷面形式有全挖路基、臺(tái)口式路基及半山洞路基。

路塹以下的天然地基，要人工壓實(shí)至規(guī)定的密實(shí)程度。

三、半填半挖路基

半填半挖路基兼有路堤和路塹兩者的特點(diǎn)，上述對(duì)路堤和路塹的要求均應(yīng)滿

足。

§3-3路基設(shè)計(jì)

一般路基設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：

(1)選擇路基斷面形式，確定路基寬度與路基高度；

(2)選擇路堤填料與壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；

(3)確定邊坡形狀與坡度；

(4)路基排水系統(tǒng)布置和排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

(5)坡面防護(hù)與加固設(shè)計(jì)；

(6)附屬設(shè)施設(shè)計(jì)。

一、路基寬度

路基寬度：行車道與路肩之和。具體寬度見《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》2004。

二、路基高度

路基高度：路堤的填筑高度和路塹的開挖深度，是路基設(shè)計(jì)標(biāo)高與地面標(biāo)高

之差。

21

路基高度：中心高度和邊坡高度。

三、路基邊坡坡度

路基邊坡坡度：邊坡高度與邊坡寬度之比值。

邊坡坡度大?。哼吰峦临|(zhì)、巖石性質(zhì)、水文地質(zhì)條件。

1.路堤邊坡：

一般路堤：按規(guī)范選用。

高路堤：單獨(dú)設(shè)計(jì)。

2.路塹邊坡：

土質(zhì)路塹邊坡：邊坡高度、土的密實(shí)程度、地下水、地面水。

巖石路塹邊坡：巖石種類、風(fēng)化程度、邊坡高度——工程經(jīng)驗(yàn)。

四、路基壓實(shí)

1.壓實(shí)土的特性：

在最佳含水量條件下，采用一定的壓實(shí)功能可以達(dá)到最大的密實(shí)度。

路基土在最佳含水量狀態(tài)下進(jìn)行壓實(shí)可以提高路基的抗變形能力和水穩(wěn)定

性。

2.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：

壓實(shí)度：應(yīng)達(dá)到的干密度絕對(duì)值與標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)得到的最大干密度之比值的

百分率。

§3-4路基附屬設(shè)施

一、取土坑與棄土堆

合理選擇地點(diǎn)：

1.土質(zhì)、數(shù)量、用地、運(yùn)輸條件。

2.區(qū)域規(guī)劃、因地制宜，綜合考慮，維護(hù)自然平衡，借之有利、棄之無害。

二、護(hù)坡道與碎落臺(tái)

1.護(hù)坡道：

作用：保護(hù)路基邊坡穩(wěn)定性。

設(shè)置：挖方坡腳、變坡處。

2.碎落臺(tái)：

作用：供零星土石碎塊下落時(shí)臨時(shí)堆積，保護(hù)邊溝不致阻塞，也有護(hù)坡道作

用。

設(shè)置：挖方邊坡坡腳。

三、堆料坪與錯(cuò)車道

1.堆料坪：

設(shè)置：路肩外緣。

22

2.錯(cuò)車道：

設(shè)置：單車道公路。

課后習(xí)題

一、名詞解釋

1.路基邊坡坡度2.高路堤3.一般路基4.路堤5.路塹6.路基高度

二、思考題

1.什么是矮路堤，修建時(shí)應(yīng)注意哪些問題？

2.什么時(shí)半填半挖路基，它有什么特點(diǎn)？

3.路基三要素指什么？

4.如何進(jìn)行路基的一般設(shè)計(jì)？

5.試述路基邊坡選擇的主要依據(jù)。

6.路基的附屬設(shè)施主要包括哪些各有什么作用

7.試述護(hù)坡道的用途和設(shè)置位置。

8.路基臨界高度、填土高度、路基高度分別指什么？

9.路堤設(shè)計(jì)與路塹設(shè)計(jì)考慮的問題有什么不同路塹邊坡設(shè)計(jì)時(shí)考慮哪些因

10.分析比較影響土質(zhì)和巖石邊坡坡度的諸因素。在確定坡度時(shí)，應(yīng)怎樣考慮

這些因素？

第四章路基穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

教學(xué)目標(biāo)

掌握直線法驗(yàn)算及分段圓弧法驗(yàn)算路堤邊坡穩(wěn)定性；熟悉陡坡路堤穩(wěn)定性

驗(yàn)算；了解河灘路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算；

重點(diǎn)：直線法驗(yàn)算及分段圓弧法驗(yàn)算路堤邊坡穩(wěn)定性的概念

難點(diǎn)：特殊地區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析方法。

課時(shí)安排

§4-1邊坡穩(wěn)定性分析原理與方法

一、邊坡穩(wěn)定原理

滑動(dòng)面的形狀與土質(zhì)有關(guān)。

對(duì)于粘性土——圓柱形、碗形。

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對(duì)于松散的砂性土及砂土---平面。

如果下滑面是單一平面——靜力平衡問題。

如果下滑面具有二個(gè)破壞面——超靜定問題。

求解這些靜不定問題——作出某些假設(shè)：

1.在用力學(xué)邊坡穩(wěn)定性分析法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，按平面問題來處理。

2.松散的砂性土和礫（石）土具有較大的內(nèi)摩擦角和較小的粘聚力，邊坡滑坍時(shí)，破裂面

近似平面——直線破裂面法。

3.粘性土具有較大的粘聚力，而內(nèi)摩擦角較小，破壞時(shí)滑動(dòng)面有時(shí)象圓柱形有時(shí)象碗

形，通常近似于圓曲面——圓弧破裂面法。

在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)的假設(shè)：

1.不考慮滑動(dòng)土體本身內(nèi)應(yīng)力的分布。

2.認(rèn)為平衡狀態(tài)只在滑動(dòng)面上達(dá)到，滑動(dòng)土體成整體下滑。

3.極限滑動(dòng)面位置要通過試算來確定。

二、邊坡穩(wěn)定性分析的計(jì)算參數(shù)

（一）土的計(jì)算參數(shù)

邊坡穩(wěn)定性分析所需土的試驗(yàn)資料：

1.對(duì)于路塹或天然邊坡：原狀土的容重Y（KN/m3）、內(nèi)摩擦角（p（。）和粘聚力c（kPa）。

2.對(duì)路堤邊坡：與現(xiàn)場壓實(shí)度一致的壓實(shí)土的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括壓實(shí)后土的容重、內(nèi)

摩擦角，粘聚力。

邊坡由多層土體所構(gòu)成：

對(duì)于直線法和圓弧法可通過合理的分段，直接取用不同土層的參數(shù)值。

用綜合土體邊坡穩(wěn)定性分析，可采用加權(quán)平均法。

（二）邊坡的取值

對(duì)于折線形或階梯形邊坡，取平均值或坡腳與坡頂?shù)倪B線。

（三）汽車荷栽當(dāng)量換算

在邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，將車輛按最不利情況排列，將車輛的設(shè)計(jì)荷載換算成當(dāng)量土柱

高（即以相等壓力的土層厚度來代替荷載），以hO表示。

三、邊坡穩(wěn)定性分析方法

路基邊坡穩(wěn)定性分析方法——力學(xué)分析法和工程地質(zhì)法。

1.力學(xué)分析法

數(shù)解法：假定滑動(dòng)面，按力學(xué)平衡原理進(jìn)行穩(wěn)定性分析，找出極限滑動(dòng)面。

圖解或表解法：在計(jì)算機(jī)和圖解分析的基礎(chǔ)上，制定成圖或表，用查圖法或查表法進(jìn)

行邊坡穩(wěn)定性分析。

2.工程地質(zhì)法：

24

根據(jù)不同土類及其所處的狀態(tài)，經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐和大量的資料調(diào)查，擬定邊坡穩(wěn)

定值的參考數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，將影響邊坡穩(wěn)定的因素作比擬，采用類似條件下的穩(wěn)定邊

坡值。

（一）力學(xué)分析法

1.直線法

適用于砂土和砂性土。

計(jì)算公式：

先假定路堤邊坡值，然后通過坡腳A點(diǎn)，假定3一I個(gè)可能的破裂面，求出相應(yīng)的穩(wěn)定

系數(shù)Ki值，得出Ki與coi的關(guān)系曲線。在關(guān)系曲線上找到最小穩(wěn)定系數(shù)值Kmin,及對(duì)應(yīng)

的極限破裂面傾斜南3值。

砂性土：c=0K>1.25穩(wěn)定。

2.圓弧法

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(tái)階形的粘性土的路堤與路塹。

1）圓弧法的基本原理與步驟

圓弧法：將圓弧滑動(dòng)面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計(jì)算每一土條沿滑動(dòng)面的

下滑力和抗滑力，然后疊加計(jì)算出整個(gè)滑動(dòng)土體的穩(wěn)定性。

假定：土為均質(zhì)和各向同性；滑動(dòng)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(dòng)圓弧的切線方向

平行。

圓弧法的基本步既如下：

（1）通過坡腳任意選定可能發(fā)生的圓弧滑動(dòng)面AB,其半徑為R,沿路線縱向取單位長度

1m。將滑動(dòng)土體分成若干個(gè)一定寬度的垂直上條，其寬一般為2-4m,如圖所示。

（2）計(jì)算每個(gè)土條的土體重G（包括小段土重和其上部換算為土柱的荷載在內(nèi)）。

G——法向分力Ni、切向分力Ti;

a為該弧中心點(diǎn)的半徑線與通過圓心的豎線之間的夾角。

（3）計(jì)算每一小段滑動(dòng)面上的反力反氐抗力）。

（4）計(jì)算滑動(dòng)力矩和抗滑力矩。

（5）求穩(wěn)定系數(shù)值

2）假定幾個(gè)可能的滑動(dòng)面，按上述步既計(jì)算對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。

在圓心輔助線MI上繪出，穩(wěn)定系數(shù)對(duì)應(yīng)于圓心的關(guān)系曲線，在該曲線最低點(diǎn)作圓心輔

助線MI的平行線，與曲線相切的切點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓心為極限滑動(dòng)面圓心，對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面為極

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限滑動(dòng)面，相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)為極限穩(wěn)定系數(shù)，其值應(yīng)在1.25-1.5之間。

3)確定圓心輔助線

(D4.5H法

(2)36。線法

4)穩(wěn)定系數(shù)K取值：1.25-1.5。

3.表解法

均質(zhì)、直線形邊坡路堤，滑動(dòng)面通過坡腳，坡頂為水平并伸至無限延遠(yuǎn)。

§4-2陡坡路堤穩(wěn)定性

一、陡坡路堤

當(dāng)路堤修筑在陡坡上，且地面橫破大于1:2.5或在不穩(wěn)固的山坡上，路基不僅要分析

路提邊坡穩(wěn)定性，還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。

陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析假定路堤整體沿滑動(dòng)面下滑，邊坡穩(wěn)定性分析方法可按滑動(dòng)

面形狀的不同分為直線和折線兩種方法。

二、陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法

1.直線法

基底為單一坡面，土體沿直線滑動(dòng)面整體下滑時(shí)，可用直線滑動(dòng)面法。

公式：

K=(Q+P)cosatg(p+cL/(Q+P)sina

式中：Q——對(duì)于以基底接觸面為滑動(dòng)面者，等于路堤自重；對(duì)于以基底以下軟弱面

為滑動(dòng)面者，等于路堤連同其下不穩(wěn)定土體的自重力，kN;

P----路堤頂面的換算土柱荷載，kN;

a----滑動(dòng)面對(duì)水平面的傾斜角，

<p——滑動(dòng)面上軟弱土體的內(nèi)摩擦角，

c——滑動(dòng)面上軟弱土體的單位粘聚力，kN;

L----滑動(dòng)面的全長，m。

2.折線法

定義：滑動(dòng)面為多個(gè)坡度的折線傾斜面時(shí)，將滑動(dòng)面上土體折線劃分為若干條塊，自

上而下分別計(jì)算每個(gè)土體的剩余下滑力，根據(jù)最后一塊的剩余下滑力的正負(fù)值確定其整

體穩(wěn)定性。

剩余下滑力等于或小于零時(shí)，認(rèn)為穩(wěn)定；大于零時(shí)則不穩(wěn)定，必須采取穩(wěn)定措施。

§4-3浸水路堤穩(wěn)定性

26

一、滲透動(dòng)水壓力的作用

浸水路堤：受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等均稱為浸水路堤。

河灘路堤：承受普通路堤所承受的外力及自重力、浮力及滲透動(dòng)水壓力的作用。

特點(diǎn)：

1.水位上升時(shí)，土體除承受豎向的向上浮力外，還承受滲透動(dòng)水壓力的作用，其作用方

向指向土體內(nèi)部。

2.當(dāng)水位驟然下降時(shí)，其滲透動(dòng)水壓力的方向指向土體外面，劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定

性，產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡現(xiàn)象。

3.在高水位時(shí)，如路堤兩側(cè)邊坡上的水位不一致，產(chǎn)生橫穿路堤的滲透。

4.凡是用粘性土填筑的浸水路堤（不包括滲透性極小的純粘土），都必須進(jìn)行滲透動(dòng)水壓

力的計(jì)算。

二、滲透動(dòng)水壓力的計(jì)算

滲透動(dòng)水壓力計(jì)算公式：

D=IQByO

式中：D——作用于浸潤線以下土體重心的滲透動(dòng)水壓力；

I——滲流水力坡降（取用浸潤曲線的平均坡降）；

QB——浸潤曲線與滑動(dòng)弧之間的面積；

yO——水的容重。

三、浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析

浸水路堤的破壞一般發(fā)生在最高洪水位驟然降落的時(shí)候。

采用圓弧法進(jìn)行浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析，其穩(wěn)定系數(shù)K計(jì)算與一般路堤相同。

課后習(xí)颼

一、名詞解釋

1.工程地質(zhì)法2.圓弧法3.浸水路堤4.陡坡路堤5.力學(xué)法（數(shù)解）

6.力學(xué)法（表解）7.圓心輔助線8.當(dāng)量土柱高

二、思考題

1.簡述力學(xué)驗(yàn)算法的步驟。

2.簡述圓弧法分析邊坡穩(wěn)定性的原理及方法。

3.在路基邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算中，已求得某個(gè)滑動(dòng)面上的穩(wěn)定系數(shù)K=1.5,試

問該路基邊坡是否穩(wěn)定為什么

4.在路基邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算中，浸水路堤與普通路堤有何區(qū)別？

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5.路基邊坡穩(wěn)定性分析中，有關(guān)的計(jì)算參數(shù)如何確定？

6.簡述陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析的方法？

7.直線滑動(dòng)面法和圓弧滑動(dòng)面法各自適用的條件是什么？

8.圓弧法計(jì)算路基邊坡穩(wěn)定性時(shí)，圓心輔助線如何確定？

9.路基穩(wěn)定性分析所采用的工程地質(zhì)法與力學(xué)驗(yàn)算法之間有何聯(lián)系？

三、計(jì)算題

1.已知：路基高度15m,頂寬10m,路基邊坡為1:1.5,路基中心高度與

邊坡高度大致相同。路基填土為粉質(zhì)中液限粘土，土的粘聚力c=9.0kpa,內(nèi)摩

擦角25。，容重尸Wkn/n?,荷載為掛車-80（一輛車重力800KN）。試分析其

邊坡穩(wěn)定性。

3.已知：路基高度14m,頂寬10m,路基邊坡為1:1.5,路基中心高度與邊坡

高度大致相同。路基填土為粉質(zhì)中液限粘土，土的粘聚力c=10.0kpa,內(nèi)摩擦

角25。，容重y=16kn/m3,荷載為掛車-80（一輛車重力800KN）。高水位時(shí)水

深為7m。飽和后粘聚力為lOkpa,土的容重2.6KN/n?,孔隙率30%,水力坡

降0.08,試分析其穩(wěn)定性。

第五章路基防護(hù)與加固

教學(xué)目標(biāo)

掌握路基防護(hù)與加固的作用；熟悉路基防護(hù)與加固的類型及方法；了解路

基防護(hù)與加固各類型的適用范圍；

重點(diǎn)：路基防護(hù)與加固的作用

難點(diǎn)：路基防護(hù)與加固的類型及具體布置方法。

教學(xué)安排

§5-1概述

1.由巖土所筑成的路基發(fā)生的變化：

浸水后濕度增大，土的強(qiáng)度降低；

巖性差的巖體，在水溫變化條件下，加劇風(fēng)化；

路基表面在溫差作用下形成脹縮循環(huán)，在濕差作用下形成干濕循環(huán)，可導(dǎo)致

強(qiáng)度衰減和剝蝕：

她表水流沖刷，地下水源浸入，使巖土表層失穩(wěn)，易造成和加劇路基的水毀

病害；

沿河路堤在水流沖擊、淘刷和浸蝕作用下，易遭破壞；

濕軟她基承載力不足，易導(dǎo)致路基沉陷。

所有這些均取決于巖土的物理力學(xué)性質(zhì)及自然因素，且與路基承受行車荷載

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的情況密切相關(guān)。

2.合理的路基設(shè)計(jì)：應(yīng)在路基位置、橫斷面尺寸、巖土組成等方面綜合考

慮。

3.為確保路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，路基的防護(hù)與加固，是不可缺少的工程技術(shù)

措施。

4.路基防護(hù)與加固設(shè)施：

邊坡坡面防護(hù)

沿河路堤河岸沖刷防護(hù)與加固

濕軟她基的加固處治

1）坡面防護(hù)：

作用：保護(hù)路基邊坡表面免受雨水沖刷，減緩溫差及濕度變化的影響，防止

和延緩軟弱巖土表面的風(fēng)化、碎裂、剝蝕演變進(jìn)程，從而保護(hù)路基邊坡的整體

穩(wěn)定性，在一定程度上還可兼顧路基美化和協(xié)調(diào)自然環(huán)境。

特點(diǎn)：不承受外力作用，要求坡面巖土整體穩(wěn)定牢固。

分類：

植物防護(hù)（種草、鋪草皮、植樹等）——有“生命”（成活）防護(hù)——土質(zhì)邊坡

工程防護(hù)（抹面、噴漿、勾縫、石砌護(hù)面等）——無機(jī)物防護(hù)——石質(zhì)路塹邊

坡。

在一定程度上，有“生命”防護(hù)在邊坡穩(wěn)定和改善路容方面，優(yōu)于無機(jī)物防

護(hù)。

2）堤岸防護(hù)與加固：

作用：對(duì)沿河濱海路堤、河灘路堤及水澤區(qū)路堤，亦包括橋頭引道，以及路

基邊旁的防護(hù)提岸等。

特點(diǎn)：主要針對(duì)水流的破壞作用而設(shè)，起防水治害和加固堤岸雙重功效。

分類：直接和間接兩類。

直接防護(hù)與加固設(shè)施——植物防護(hù)、石砌防護(hù)與加固兩種——植樹、鋪石、

拋石或石籠等。

間接防護(hù)——導(dǎo)治結(jié)構(gòu)物，如丁壩、順壩、防洪堤、攔水壩等，疏浚河床、

改變河道。

3）濕軟她基加固：

作用：防止路基沉陷、滑移或產(chǎn)生其他病害。

特點(diǎn)：濕軟地基加固，規(guī)模大，造價(jià)高，應(yīng)注意方案比較，研究技術(shù)和經(jīng)濟(jì)

方面的可行性，力求從簡，盡量就地取材。

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加固方法：換填土、輾壓夯實(shí)、排水固結(jié)、振動(dòng)擠密、土工格柵加筋和化學(xué)

加固等五類。

§5-2坡面防護(hù)

一、植物防護(hù)

作用：可美化路容，協(xié)調(diào)環(huán)境，調(diào)節(jié)邊坡土的濕溫，起到固結(jié)和穩(wěn)定邊坡的

作用。

適用條件：坡高不大，邊坡比較平緩的土質(zhì)坡面。

方法：種草、鋪草皮和植樹。

1.種草：適用邊坡坡度不陡于1:1,土質(zhì)適宜種草，不浸水或短期浸水但地

面徑流速度WO.6m/s的邊坡。

2.鋪草皮：坡面沖刷比較嚴(yán)重，邊坡較陡，徑流速度＞0.6m/s,容許最大速

度為1.8m/s時(shí)，采用平鋪（平行于坡面）水平疊置、垂直坡面或與坡面成一半

坡角的傾斜疊置草皮，還可采用片石鋪砌成方格或拱式邊框，方格或框內(nèi)再鋪

草皮。

3.植樹：用在堤岸邊的河灘上，用來降低流速，促使泥沙淤積，防水直接沖

刷路提。

4.拉伸網(wǎng)草皮：在土工網(wǎng)或土工墊等土工合成材料上鋪設(shè)3-5cm的種植土

層，經(jīng)過撤種、養(yǎng)護(hù)后形成的人工草皮。

5.固定草種布（也可稱植生帶）：在土工織物紡織時(shí)將草種固定于土工織物中，

然后到現(xiàn)場鋪筑以促使草皮生長的一種土工合成材料草皮制品。

6.網(wǎng)格固定撒種：先將土工網(wǎng)固定于需防護(hù)的邊坡上，然后撒播草種形成草

皮的一種邊坡防護(hù)方法。

多排林堤岸與水流方向斜交，可挑水改變水流方向。

沙漠與雪害地區(qū)，防護(hù)林帶可阻沙防雪。

二、工程防護(hù)

1.抹面防護(hù)：

適于：石質(zhì)挖方坡面，巖石表面易風(fēng)化，但比較完整，尚未剝落，如頁巖、

泥砂巖、千枚巖的新坡面。

抹面材料：石灰漿。

抹面厚度：一般2-10cm。

2.噴漿：

適用于：易風(fēng)化而坡面不平整的巖石挖方邊坡，厚度一般為5-10cm。

經(jīng)濟(jì)的砂漿是用水泥、石灰、河砂及水，按重量比1:1:6:3配合。

干砌片石護(hù)面：單層或雙層護(hù)面。

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護(hù)面厚度一般不小于20cm,干砌要勾縫。

3.護(hù)面墻：

適用于：漿砌片石的坡面覆蓋層，用于封閉各種軟質(zhì)巖層和較破碎的挖方邊

坡。

注意：護(hù)面墻除自重外，不承受其他荷重，亦不承受墻背土壓力。

設(shè)置：護(hù)面墻高一般不超過10m,縱向每10m設(shè)一條伸縮縫，墻身應(yīng)預(yù)留

泄水孔。

§5-3沖刷防護(hù)

—＞直接措施

直接措施：植物防護(hù)、石砌防護(hù)或拋石與石籠防護(hù)及支擋（駁岸等）。

植物防護(hù)、石坳防護(hù)：同坡面防護(hù)。

1.拋石防護(hù)：類似在坡腳處設(shè)置護(hù)腳，亦稱拋石垛。

適用：拋石垛的邊坡坡度，不應(yīng)陡于拋石浸水后的天然休止角；石料粒徑視

水深與流速而定，一般為15—50cmo

2.石籠：

作用：設(shè)在坡腳處，防止急流和大風(fēng)浪破壞堤岸，加固河床，防止淘刷。

鋪設(shè)：用碎（礫）石墊層鋪平，底層各角，可用鐵棒固定于基底。

3.土工織物軟體沉排

定義：在土工織物上以塊石或預(yù)制混凝土塊體為壓重的護(hù)坡結(jié)構(gòu)。

適用：水下工程及預(yù)計(jì)可能發(fā)生沖刷的河床和岸坡土面上。

主要種類：單片墊、雙片墊。

單片墊是利用土工織物拼接成大面積的排體；

雙片墊是將兩塊單片墊重疊后按一定距離和型式將兩片墊連接在一起而構(gòu)成

管狀或格狀空間，其中再填充透水性土石料（如砂卵石等），起到防沖與反濾的

作用。

4.土工模袋