路基边坡稳定性设计.doc

第四章 路基边坡稳定性设计发表日期：2008-6-10 阅读次数：194次4-1 边坡稳定性分析原理与方法一、边坡稳定原理 滑动面的形状与土质有关。 对于粘性土圆柱形、碗形。 对于松散的砂性土及砂土平面。 如果下滑面是单一平面静力平衡问题。 如果下滑面具有二个破坏面超静定问题。 求解这些静不定问题作出某些假设： 1.在用力学边坡稳定性分析法进行边坡稳定性分析时，按平面问题来处理。 2.松散的砂性土和砾(石)土具有较大的内摩擦角和较小的粘聚力，边坡滑坍时，破裂面近似平面直线破裂面法。 3粘性土具有较大的粘聚力，而内摩擦角较小，破坏时滑动面有时象圆柱形有时象碗形，通常近似于圆曲面圆弧破裂面法。 在进行边坡稳定性分析时的假设： 1不考虑滑动土体本身内应力的分布。 2认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体成整体下滑。 3极限滑动面位置要通过试算来确定。 二、边坡稳定性分析的计算参数 (一)土的计算参数 边坡稳定性分析所需土的试验资料： 1.对于路堑或天然边坡：原状土的容重(KNm3)、内摩擦角()和粘聚力c(kPa)。 2.对路堤边坡：与现场压实度一致的压实土的试验数据。数据包括压实后土的容重、内摩擦角，粘聚力。 边坡由多层土体所构成： 对于直线法和圆弧法可通过合理的分段，直接取用不同土层的参数值。 用综合土体边坡稳定性分析，可采用加权平均法。 (二)边坡的取值 对于折线形或阶梯形边坡，取平均值或坡脚与坡顶的连线。 (三)汽车荷栽当量换算 在边坡稳定性分析时，将车辆按最不利情况排列，将车辆的设计荷载换算成当量土柱高(即以相等压力的土层厚度来代替荷载)，以h0表示。 当量土柱高度的计算式为 式中：N-横向分布的车辆数，单车道N=1,双车道N=2； Q每一辆车的重力，kN； -路基填料的容重，kNm3； L-汽车前后轴(或履带)的总距，m； B-横向分布车辆轮胎最外缘之间总距。 三、边坡稳定性分析方法 路基边坡稳定性分析方法力学分析法和工程地质法。 1.力学分析法 数解法：假定滑动面，按力学平衡原理进行稳定性分析，找出极限滑动面。 图解或表解法：在计算机和图解分析的基础上，制定成图或表，用查图法或查表法进行边坡稳定性分析。 2.工程地质法： 根据不同土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的资料调查，拟定边坡稳定值的参考数据，在设计时，将影响边坡稳定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边坡值。 （一）力学分析法 1.直线法 适用于砂土和砂性土。 计算公式： 先假定路堤边坡值，然后通过坡脚A点，假定34个可能的破裂面，求出相应的稳定系数Ki值，得出Ki与i的关系曲线。在关系曲线上找到最小稳定系数值Kmin，及对应的极限破裂面倾斜角值。砂性土：c=0 K1.25稳定。 2.圆弧法 适用于边坡有不同的土层、均质土边坡，部分被淹没、均质土坝，局部发生渗漏、边坡为折线或台阶形的粘性土的路堤与路堑。 1)圆弧法的基本原理与步骤 圆弧法：将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性。 假定：土为均质和各向同性；滑动面通过坡脚；不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响，土条不受侧向力作用，或虽有侧向力，但与滑动圆弧的切线方向平行。 圆弧法的基本步骤如下： (1)通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，其半径为R，沿路线纵向取单位长度1m。将滑动土体分成若干个一定宽度的垂直土条，其宽一般为2-4m，如图所示。 (2)计算每个土条的土体重G(包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内)。 G法向分力Ni、切向分力Ti； 为该弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间的夹角。 (3)计算每一小段滑动面上的反力(抵抗力)。 (4)计算滑动力矩和抗滑力矩。 滑动力矩 抗滑力矩(5)求稳定系数值 2)假定几个可能的滑动面，按上述步骤计算对应的稳定系数。 在圆心辅助线MI上绘出，稳定系数对应于圆心的关系曲线，在该曲线最低点作圆心辅助线MI的平行线，与曲线相切的切点对应的圆心为极限滑动面圆心，对应的滑动面为极限滑动面，相应的稳定系数为极限稳定系数，其值应在1.25-1.5之间。 3)确定圆心辅助线 (1)4.5H法 (2)36线法 4)稳定系数K取值：1.25-1.5。 3.表解法 均质、直线形边坡路堤，滑动面通过坡脚，坡顶为水平并伸至无限延远。 4-2 陡坡路堤稳定性一、陡坡路堤 当路堤修筑在陡坡上，且地面横破大于1：2.5或在不稳固的山坡上，路基不仅要分析路堤边坡稳定性，还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。 陡坡路堤边坡稳定性分析假定路堤整体沿滑动面下滑，边坡稳定性分析方法可按滑动面形状的不同分为直线和折线两种方法。 二、陡坡路堤边坡稳定性分析方法 1.直线法 基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑时，可用直线滑动面法。 公式： ()costg+cL/ ()sin式中：Q 对于以基底接触面为滑动面者，等于路堤自重；对于以基底以下软弱面为滑动面者，等于路堤连同其下不稳定土体的自重力，kN； P路堤顶面的换算土柱荷载，kN； 滑动面对水平面的倾斜角， 滑动面上软弱土体的内摩擦角， c滑动面上软弱土体的单位粘聚力，kN； L滑动面的全长，m。 2.折线法 定义：滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，将滑动面上土体折线划分为若干条块，自上而下分别计算每个土体的剩余下滑力，根据最后一块的剩余下滑力的正负值确定其整体稳定性。 剩余下滑力等于或小于零时，认为稳定；大于零时则不稳定，必须采取稳定措施。 4-3 浸水路堤稳定性 一、渗透动水压力的作用 浸水路堤：受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等均称为浸水路堤。 河滩路堤：承受普通路堤所承受的外力及自重力、浮力及渗透动水压力的作用。 特点： 1.水位上升时，土体除承受竖向的向上浮力外，还承受渗透动水压力的作用，其作用方向指向土体内部。 2.当水位骤然下降时，其渗透动水压力的方向指向土体外面，剧烈破坏路堤边坡的稳定性，产生边坡凸起和滑坡现象。 3.在高水位时，如路堤两侧边坡上的水位不一致，产生横穿路堤的渗透。 4.凡是用粘性土填筑的浸水路堤(不包括渗透性极小的纯粘土)，都必须进行渗透动水压力的计算。 二、渗透动水压力的计算 渗透动水压力计算公式： D=B0式中：D 作用于