路基边坡稳定性设计-2.ppt

第四章 路基边坡稳定性设计,4.1 边坡稳定性分析原理与方法 4.2 陡坡路堤稳定性 4.3 浸水路堤稳定性,一. 边坡稳定原理,第一节 边坡稳定性分析原理与方法,静不定问题,静定问题所作假设：,1）按平面问题处理 2）松散土采用直线破裂面法 3）粘性土采用圆弧破裂面法 并假设： 1）不考虑滑动土体内应力分布 2）平衡状态只在滑动面上达到 3）极限滑动面位置通过试算确定,4.1.2 边坡稳定性分析的计算参数 1）土的计算参数 对路堑或天然边坡：原状土的容重、内摩擦角、粘聚力 对路堤边坡：压实后土的容重、内摩擦角、粘聚力 边坡由多层土体所构成时：,2）边坡稳定性分析边坡的取值 边坡稳定性分析时，对于折线形或阶梯形边坡，一般可以取平均值。,3）汽车荷载当量换算 需按最不利荷载换算当量土柱高,4.1.3 边坡稳定性分析方法,1）力学分析法 数解法：假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分析，从中找出极限滑动面，按此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此法较精确，但计算较繁琐。 直线法：直线法适用于砂土和砂性土 土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力甚小。边坡破坏时，破裂面近似平面。,圆弧法：圆弧法适用于粘性土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。 图解或表解法：在计算机和图表分析的基础上，制定成图或表，用查图或查表法进行边坡稳定性分析。此法简单，但不够精确。 表解法：表解法是应用图解和分析计算的结果制成的一系列计算参数表的边坡稳定性分析方法。用圆弧法进行路基边坡稳定性计算时，计算工作量较大，对于均质、直线型边坡路堤，滑动面通过边坡脚，顶为水平并沿伸至无限远，可按表解法进行边坡稳定性分析。,圆弧法边坡稳定性分析计算图,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,适用性：适用于砂土和砂性土，土抗力以内摩擦力为主，粘聚力很小。,路堤：,由于砂性土粘聚力很小，可忽略不计则式（4-5）可表达为：,K1时，滑动面土体处于极限平衡状态，此时路堤的极限坡度等于砂类土的内摩擦角，该角相当于自然休止角,路堑：,式中：,a0 参数，,按微分法，当dK/d0可求K最小时破裂面倾斜角0值：,则：,成层砂类土边坡：,如果某一分块有换算土柱荷载，该分块应包括换算土柱荷载在内。,稳定系数Kmin应大于1.25，但K值也不宜过大，以免造成不经济。,2.圆弧法 适用性：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 基本原理：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，然后叠加计算整个滑动土体的稳定性。 计算精度：主要与分段数有关，分段越多越精确。 基本假定：一般假定土为均质和各项同性；滑动面通过坡角；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。,基本步骤： （1）通过坡角任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，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土条。 （2）计算每个土条的土体重Gi， Gi可分解为垂直于小段滑动面的法向分力NiGicosi和平行于该面的切向分力TiGisini，isin-1(xi/R) （3）计算每一小段滑动面上的反力，即内摩擦力Nif（ftgi）和粘聚力cLi,（4）以圆心o为转动圆心，半径R为力臂，计算滑动面上各力对o点的滑动力矩和抗滑力矩。 滑动力矩： 抗滑动力矩： （5）求稳定系数K值,2）.确定极限滑动面 再假定几个可能的滑动面，按上述步骤计算相应的稳定系数K，在圆心辅助线上绘出稳定系数对应于圆心的关系曲线Kf（o），在该曲线最低点作圆心辅助线的平行线，与曲线f（o）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1.251.5之间。,3）.确定圆心辅助线 （1）4.5H法： 由坡角E向下引竖线，在竖线上截取高度H=h+h0，得F点。 自F点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得M点。 连接坡角E和顶点S，求得SE的斜度i0=1/m，据此查表得1和2值。由E点作与SE成1角的直线，再由S点作与水平线成2角的直线，两线相交得I点。 连接I和M两点即得圆心辅助线。,（2）简化的4.5H法： 不考虑荷载换算土层厚度h0，即Hh，斜度i0按边坡角、坡顶的连线AB与水平线的夹角来计算，其他步骤同（1）。 （3）36法一： 由荷载换算土柱高顶点作与水平线成36角的线EF，即得圆心辅助线 （4）36法二： 由坡顶处作与水平线成36角的线EF，即得圆心辅助线。,第二节 陡坡路堤稳定性,一. 陡坡路堤 当路堤修筑在陡坡上，且地面横坡度大于1：2.0或在不稳固的山坡上时，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。 陡坡路堤滑动的几种可能：,地面横坡较陡,基底土层软弱,强度不均匀,二. 陡坡路堤边坡稳定性分析方法 1.直线滑动面法： 适用于：基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑。 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的自重； P 路堤顶换算土柱荷载。,2.折线滑动面法： 当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，可将滑动面上土体折线段划分为若干条块，自上而下分别计算各土体的剩余下滑力，根据最后一块的剩余下滑力的正负值确定其整体稳定性。 式中： Tn 第n个条块的自重Qn与荷载Pn的切线下滑力； Nn 第n个条块的自重Qn与荷载Pn的法向分力； En-1 上一个第n-1个条块传递而来的剩余下滑力。,当最后的剩余下滑力0，认为稳定。,第三节 浸水路堤稳定性,一. 渗透动水压力的作用 河滩路堤除承受外力及自重外，还要承受浮力及渗透动水压力的作用。 由于在土体内渗水速度比河中水位升降速度慢，所以当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（浸润线）成凹形；当水位下降时，浸润线成凸形。,当路堤一侧或两侧水位发生变化时，水的渗透速度与土的性质和时间有关。 水位骤然下降时（a图），由于水位差异，其渗透动水压力方向指向土体外面，这就剧烈破坏路堤边坡的稳定性，并可能产生边坡凸起和滑坡现象。 高水位时（b图），如路堤两侧边坡上水位不一致，会产生横穿路堤的渗透。 粘性土填筑的浸水路堤，必须进行渗透动水压力计算,2）渗透动水压力的计算 渗透动水压力可按下式计算：,3）浸水路堤边坡稳定性分析 浸水路堤的稳定性，应按路堤处于最不利的情况进行边坡稳定性分析。其破坏一般发生在最高洪水位骤然降落的时候。 边坡稳定性分析的原理和方法与普通的路堤边坡稳定性的圆弧法基本相同。当路堤一侧浸