07路基稳定设计.pdf

第七章 路基稳定设计第七章 路基稳定设计 路基边坡滑坍 坡体沿滑动面产生滑坡 地基承载力不足 坡体连同地基产生坍塌 稳定性分析 稳定性要求 经济型要求 路基边坡滑坍 坡体沿滑动面产生滑坡 地基承载力不足 坡体连同地基产生坍塌 稳定性分析 稳定性要求 经济型要求 天津城建大学 天津城建大学 天津城建大学 天津城建大学 路基失稳的原因 内部原因 路基失稳的原因 内部原因 1 土质 1 土质 各种土质的抗剪强度 抗水能力是不 一样的 如钙质或石膏质胶结的土 湿陷性黄土 等 遇水后软化 使原来的强度降低很多 各种土质的抗剪强度 抗水能力是不 一样的 如钙质或石膏质胶结的土 湿陷性黄土 等 遇水后软化 使原来的强度降低很多 2 土层结构 2 土层结构 如在斜坡上堆有较厚的土层 特 别是当下伏土层 或岩层 不透水时 容易在交界上 发生滑动 如在斜坡上堆有较厚的土层 特 别是当下伏土层 或岩层 不透水时 容易在交界上 发生滑动 3 边坡形状 3 边坡形状 突肚形的斜坡由于重力作用 比 上陡下缓的凹形坡易于下滑 由于粘性土有粘聚 力 当土坡不高时尚可直立 但随时间和气候的变 化 也会逐渐塌落 突肚形的斜坡由于重力作用 比 上陡下缓的凹形坡易于下滑 由于粘性土有粘聚 力 当土坡不高时尚可直立 但随时间和气候的变 化 也会逐渐塌落 天津城建大学 路基失稳的原因 外部原因 路基失稳的原因 外部原因 1 降水或地下水的作用 1 降水或地下水的作用 持续的降雨或地下水渗入土 层中 使土中含水量增高 土中易溶盐溶解 土质变软 强度降低 还可使土的重度增加 以及孔隙水压力的产 生 使土体作用有动 静水压力 促使土体失稳 故设计 斜坡应针对这些原因 采用相应的排水措施 持续的降雨或地下水渗入土 层中 使土中含水量增高 土中易溶盐溶解 土质变软 强度降低 还可使土的重度增加 以及孔隙水压力的产 生 使土体作用有动 静水压力 促使土体失稳 故设计 斜坡应针对这些原因 采用相应的排水措施 2 振动的作用 2 振动的作用 如地震的反复作用下 砂土极易发生 液化 粘性土 振动时易使土的结构破坏 从而降低土的 抗剪强度 车辆运动 施工打桩或爆破 由于振动也可使 邻近土坡变形或失稳等 如地震的反复作用下 砂土极易发生 液化 粘性土 振动时易使土的结构破坏 从而降低土的 抗剪强度 车辆运动 施工打桩或爆破 由于振动也可使 邻近土坡变形或失稳等 3 人为影响 3 人为影响 由于人类不合理地开挖 特别是开挖坡 脚 或开挖基坑 沟渠 道路边坡时将弃土堆在坡顶附 近 在斜坡上建房或堆放重物时 都可引起斜坡变形破坏 由于人类不合理地开挖 特别是开挖坡 脚 或开挖基坑 沟渠 道路边坡时将弃土堆在坡顶附 近 在斜坡上建房或堆放重物时 都可引起斜坡变形破坏 天津城建大学 路基稳定性分析的原因 路基稳定性分析的原因 根本原因根本原因 边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了 它的抗剪强度 边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了 它的抗剪强度 具体原因具体原因 1 滑面上的剪应力增加 2 滑面上的抗剪强度减小 1 滑面上的剪应力增加 2 滑面上的抗剪强度减小 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 1 边坡破坏时形成一滑动面 滑动面形状与土质有关 粘性土 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 1 边坡破坏时形成一滑动面 滑动面形状与土质有关 粘性土 圆柱形 碗形 砂性土及砂土 圆柱形 碗形 砂性土及砂土 平面 平面 Rupture plane Slope in cohesionless soil 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 2 下滑面是单一平面 静力平衡 可求解 下滑面具有多个破坏面 超静定问题 难以求解 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 2 下滑面是单一平面 静力平衡 可求解 下滑面具有多个破坏面 超静定问题 难以求解 Rupture plane Slope in cohesionless soil 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 2 下滑面是单一平面 静力平衡 可求解 下滑面具有多个破坏面 超静定问题 难以求解 近似的处理方法 按平面问题处理 非立体 砂性土采用直线破裂面法 粘性土采用圆弧破裂面法 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 2 下滑面是单一平面 静力平衡 可求解 下滑面具有多个破坏面 超静定问题 难以求解 近似的处理方法 按平面问题处理 非立体 砂性土采用直线破裂面法 粘性土采用圆弧破裂面法 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 假设 不考虑滑动土体本身内应力的分布 滑动面上应力规律分布 滑动土体成整体下滑 在滑动面上达到平衡状态 试算确定滑动面位置 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 一 边坡稳定分析原理 假设 不考虑滑动土体本身内应力的分布 滑动面上应力规律分布 滑动土体成整体下滑 在滑动面上达到平衡状态 试算确定滑动面位置 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 二 边坡稳定性分析的计算参数 1 土的计算参数 试验确定 路堑或天然边坡 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 二 边坡稳定性分析的计算参数 1 土的计算参数 试验确定 路堑或天然边坡 原状土的容重 kN m原状土的容重 kN m3 3 内摩擦角 和粘聚力c kPa 内摩擦角 和粘聚力c kPa 路堤边坡 路堤边坡 压实土的容重 kN m压实土的容重 kN m3 3 内摩擦角 内摩擦角 和粘聚力c kPa 和粘聚力c kPa 一般一般采用直接快剪或三轴不排水剪切试验 采用直接快剪或三轴不排水剪切试验 高路堤高路堤时宜采用 直接固结快剪或 时宜采用 直接固结快剪或三轴固结不排水剪切试验三轴固结不排水剪切试验 软土地基软土地基宜采用直 接固结快剪或 宜采用直 接固结快剪或三轴不固结不排水剪切试验三轴不固结不排水剪切试验 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 二 边坡稳定性分析的计算参数 1 土的计算参数 试验确定 多层土体 参数依据具体分析方法而定 或分为几 段 逐段采用 综合土体边坡稳定分析 采用加权平均法 多层土 简化成单种土 用于粗略分析 公式 P92式7 1 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 二 边坡稳定性分析的计算参数 1 土的计算参数 试验确定 多层土体 参数依据具体分析方法而定 或分为几 段 逐段采用 综合土体边坡稳定分析 采用加权平均法 多层土 简化成单种土 用于粗略分析 公式 P92式7 1 7 3 2 边坡稳定性分析时 对于折线形或阶梯形边坡 一般可取综合坡度值 也可用坡顶与坡脚连线近似表 达 7 3 2 边坡稳定性分析时 对于折线形或阶梯形边坡 一般可取综合坡度值 也可用坡顶与坡脚连线近似表 达 C D E B A 1 n 1 n 1 n h1 h2 h3 h 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 二 边坡稳定性分析的计算参数 3 汽车荷载当量换算 将车辆按最不利情况排列 并将车辆的设计荷载换算 成当量土柱高 用h 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 二 边坡稳定性分析的计算参数 3 汽车荷载当量换算 将车辆按最不利情况排列 并将车辆的设计荷载换算 成当量土柱高 用h0 0 厚的土代替车辆荷载 分析方 便 厚的土代替车辆荷载 分析方 便 L 12 8m Q 550kN 双车道N 2 单车道N 1 B Nb N 1 m d b 1 8m m 1 3m d 0 6m L 12 8m Q 550kN 双车道N 2 单车道N 1 B Nb N 1 m d b 1 8m m 1 3m d 0 6m 分布宽度 车道范围 有时路基顶全宽布置 分布宽度 车道范围 有时路基顶全宽布置 BL NQ h 0 天津城建大学 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 三 边坡稳定性分析方法 1 工程地质法 根据大量工程实践和资料调查 与类似条件下边 坡作比较 采用稳定边坡值 2 力学验算法 1 数解法 假定几个滑动面 进行力学分析 找出 极限滑动面 判断边坡稳定性 较精确 但计算较 繁 2 图解或表解法 用查图或查表代替计算 简单 但不如数解法精确 第一节 路基边坡稳定性分析原理与方法 三 边坡稳定性分析方法 1 工程地质法 根据大量工程实践和资料调查 与类似条件下边 坡作比较 采用稳定边坡值 2 力学验算法 1 数解法 假定几个滑动面 进行力学分析 找出 极限滑动面 判断边坡稳定性 较精确 但计算较 繁 2 图解或表解法 用查图或查表代替计算 简单 但不如数解法精确 天津城建大学 第二节 常用计算方法 常用的边坡稳定性分析计算方法 根据滑动面形 状分 第二节 常用计算方法 常用的边坡稳定性分析计算方法 根据滑动面形 状分直线破裂面法直线破裂面法和和圆弧破裂面圆弧破裂面法 简称法 简称直线法直线法和和圆 弧法 圆 弧法 直线法适用于 直线法适用于砂土和砂性土砂土和砂性土 两者合称砂类土 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 圆弧法适用于 两者合称砂类土 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 圆弧法适用于粘性土粘性土 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 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 天津城建大学 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 适于砂土和砂性土 1 试算法 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 适于砂土和砂性土 1 试算法 假定边坡值 通过坡脚A假定3 假定边坡值 通过坡脚A假定3 4个可能的破裂面 4个可能的破裂面 i i 计算稳定系数K 按纵向长度1m计 计算稳定系数K 按纵向长度1m计 costan sin FGcL K TG 抗滑力 下滑力 B D A H R Q N T 1 m 天津城建大学 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 适于砂土和砂性土 1 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 适于砂土和砂性土 1 试算法试算法 假定边坡值 通过坡脚A假定3 假定边坡值 通过坡脚A假定3 4个可能的破裂面 4个可能的破裂面 i i 计算稳定系数K 按纵向长度1m计 绘制K 计算稳定系数K 按纵向长度1m计 绘制Ki i i i 关系曲线 在曲线上找出最小 最不利 稳定系数以及对应的破裂 面倾角 关系曲线 在曲线上找出最小 最不利 稳定系数以及对应的破裂 面倾角 costan sin FGcL K TG 抗滑力 下滑力 天津城建大学 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 1 试算法 对于砂类土 粘结力很小 c 0 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 1 试算法 对于砂类土 粘结力很小 c 0 K 1时K 1时 极限平衡状态 极限坡度即为砂 类土内摩擦角 极限平衡状态 极限坡度即为砂 类土内摩擦角 K 1时K 1时 边坡稳定 与高度无关 边坡稳定 与高度无关 K 1时K 1时 边坡不稳定 与高度无关 边坡不稳定 与高度无关 tan tan F K T tantan 天津城建大学 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 2 解析法 2 解析法 B D A T N Q H costan sin FGcL K TG sin 2sin hL G 0 2 tan c f h 00 cotcot Kf min000 2 cot cscKff 令 一次求导求极值 令 一次求导求极值 天津城建大学 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 成层砂类土边坡 采用分块方法 图解法确定最小值 考虑近似假定滑动面及多方面因素 试验 环境 的 影响 为保证边坡有足够的安全储备 K 第二节 常用计算方法 一 直线破裂面法 成层砂类土边坡 采用分块方法 图解法确定最小值 考虑近似假定滑动面及多方面因素 试验 环境 的 影响 为保证边坡有足够的安全储备 Kmin min 1 25 且不宜过大 1 25 且不宜过大 1 1 n i i n i i F K T 天津城建大学 第二节 常用计算方法 二 圆弧破裂面法 适用于粘性土 对于边坡有不同土层 以及折线 形 台阶形边坡适用 结果与实际情况出入不大 第二节 常用计算方法 二 圆弧破裂面法 适用于粘性土 对于边坡有不同土层 以及折线 形 台阶形边坡适用 结果与实际情况出入不大 天津城建大学 第二节 常用计算方法 二 圆弧破裂面法 采用条分法将圆弧滑动面上土体划分为若干竖 条 计算每一土条的下滑力和抗滑力 再进行叠加计 算 不考虑土条间相互作用力影响 计算精度与条 分段数有关 一般分为8 第二节 常用计算方法 二 圆弧破裂面法 采用条分法将圆弧滑动面上土体划分为若干竖 条 计算每一土条的下滑力和抗滑力 再进行叠加计 算 不考虑土条间相互作用力影响 计算精度与条 分段数有关 一般分为8 10段 每段宽210段 每段宽2 4m 4m O r Wi iii lT iii lN Hi Vi Hi 1 Vi 1 i 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 根据经验 极限滑动面圆心在一直线上 该直线即 为圆心辅助线 圆心可以通过一条直线找到 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 根据经验 极限滑动面圆心在一直线上 该直线即 为圆心辅助线 圆心可以通过一条直线找到 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 确定圆心辅助线方法 4 5H法和36 线法 P98图7 7 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 确定圆心辅助线方法 4 5H法和36 线法 P98图7 7 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 确定圆心辅助线方法 4 5H法和36 线法 P98图7 7 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 确定圆心辅助线方法 4 5H法和36 线法 P98图7 7 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 两种方法差别不大 一般用36 线法 但4 5H法 较精确 且求出的稳定系数K值最小 故常用于边坡 稳定性分析重要建筑物的稳定性 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 1 确定圆心辅助线 两种方法差别不大 一般用36 线法 但4 5H法 较精确 且求出的稳定系数K值最小 故常用于边坡 稳定性分析重要建筑物的稳定性 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数K 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数Ki i 在圆心辅助线上定出一个圆心 计算圆心对应滑动面 的稳定系数K 通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB 其半 径为R 使滑动面通过特定点 纵向长度1m 划分 若干垂直土条 其宽一般为2 4m 在圆心辅助线上定出一个圆心 计算圆心对应滑动面 的稳定系数K 通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB 其半 径为R 使滑动面通过特定点 纵向长度1m 划分 若干垂直土条 其宽一般为2 4m 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数K 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数Ki i 计算各土条的土体重G 计算各土条的土体重Gi i 分解为法向分力 和切向分力 其中 为弧中心点半径线与通 过圆心的竖线夹角 分解为法向分力 和切向分力 其中 为弧中心点半径线与通 过圆心的竖线夹角 iii N G cos iii T G sin i 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数K 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数Ki i 计算每一小段滑动面上的反力 即内摩擦力 和粘聚力 计算每一小段滑动面上的反力 即内摩擦力 和粘聚力 tan ii N fN i cL 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数K 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数Ki i 计算滑动面上各力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩 滑动力矩 抗滑力矩 计算滑动面上各力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩 滑动力矩 抗滑力矩 11 nm sii ii MRTT 11 nn rii ii MRN fcL 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数K 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 2 求算稳定系数Ki i 求稳定系数K值 多个滑动面中确定出K 求稳定系数K值 多个滑动面中确定出Kmin min 1 11 cos sinsin n ii ir nm s iiii ii fGcL M K M GG 天津城建大学 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 3 在圆心辅助线上定出一系列圆心O 第二节 常用计算方法 圆弧破裂面法基本步骤 3 在圆心辅助线上定出一系列圆心Oi i 每个圆心计算 出相应的稳定系数K 每个圆心计算 出相应的稳定系数Ki i 绘制O 绘制Oi i K Ki i 曲线 曲线最低点对 应圆心即为极限滑动面圆心 相应的稳定系数K即为 极限稳定系数 其值应在1 25 曲线 曲线最低点对 应圆心即为极限滑动面圆心 相应的稳定系数K即为 极限稳定系数 其值应在1 25 1 5之间 小于容许 值 1 25 时 应采取措施 如放缓边坡 1 5之间 小于容许 值 1 25 时 应采取措施 如放缓边坡 天津城建大学 第二节 常用计算方法 三 陡坡路堤稳定性 1 陡坡路堤 坡度陡于1 5时 开挖台阶 陡于1 2 5时 需进 行稳定性验算 破坏形式 路堤沿基底接触面滑动 路堤连同基底下土体沿滑动面滑动 第二节 常用计算方法 三 陡坡路堤稳定性 1 陡坡路堤