路基路面工程四PPT课件.ppt

1 路基路面工程 Subgradeandpavementengineering 河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室 主讲 徐平 2 4路基边坡稳定性分析计算 河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室 3 1 2 3 8 边坡稳定性分析原理与方法 直线滑动面边坡稳定性分析 曲线滑动面边坡稳定性分析 目录 contents 4 浸水路堤稳定性分析 4 一 边坡破坏的机理1 土体强度破坏2 受水侵蚀3 设计施工不当4 荷载过大5 地震或其它自然因素均由剪切破坏引起 4 1边坡稳定性分析原理与方法 4路基边坡稳定性分析计算 5 一 边坡失稳现象 路基边坡滑坍是公路上常见的破坏现象之一 在岩质或土质山坡上开挖路堑 有可能因自然平衡条件被破坏或者因边坡过陡 使坡体沿某一滑动面产生滑坡 对河滩路堤 高路堤或软弱地基上的路堤 因水流冲刷 边坡过陡或地基承载力过低而出现填方土体 或连同原地面土体 沿某一剪切面产生坍塌 4 1边坡稳定性分析原理与方法 4路基边坡稳定性分析计算 6 深圳 汕头高速公路K102滑坡抗滑桩与明洞处理花费8000余万元 4路基边坡稳定性分析计算 7 同江 三亚高速公路闽北八尺门互通区设在2个古滑坡上 治理费5000余万元 4路基边坡稳定性分析计算 8 云南元江 磨黑高速公路三菁公隧道进口高边坡发生滑坡 高130m 推倒中隔墙 4路基边坡稳定性分析计算 9 山西长治 晋城高速公路K31砂泥岩顺层滑坡 体积达25万m3 4路基边坡稳定性分析计算 10 北京 珠海高速公路粤北段K108高边坡滑坡三次变更设计 治理费用2000余万元 4路基边坡稳定性分析计算 11 西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡 4路基边坡稳定性分析计算 12 花岗岩中长100多m 宽80cm的张裂缝 4路基边坡稳定性分析计算 13 因此 必须对可能出现失稳或已出现失稳的路基进行稳定性分析 保证路基设计既满足稳定性要求 又满足经济性要求 边坡失稳时滑动体的形状 1 平面形 松散的砂性土及砂土2 圆柱形 粘土3 碗形 粘土 4路基边坡稳定性分析计算 14 第一节边坡稳定性分析原理与方法 a 直线破坏面 b 折线破坏面 C 曲线破坏面 图4 1边坡的滑动面 二 边坡稳定性分析原理1 滑动面形状 与土质有关粘性土 圆柱形 碗形砂性土及砂土 平面2 力学求解问题单一平面问题 静力平衡问题 如图4 1a 两个破坏面问题 超静定问题 如图4 1b 多个破坏面问题 多次超静定问题 如图4 1c 4路基边坡稳定性分析计算 15 二 边坡稳定性分析原理 3 假设 使求解静不定问题变为静定问题滑动土体沿滑动面整体滑动 刚塑体 不考虑土体的相对运动 不考虑内应力 土体在滑动面上达到极限平衡 滑动面唯一 最不利滑动面 位置通过计算确定 滑动面通过坡脚 第一节边坡稳定性分析原理与方法 原理 采用极限平衡原理 缺点 不能分析下滑体的中的真实内力和反力 不能得到其中的应力和变形 只有一个安全系数 4路基边坡稳定性分析计算 16 4 边坡稳定性计算方法直线法砂土 砂性土土质 圆弧法条分法粘性土极限平衡法 考虑了安全系数 表解法石质 工程地质比拟法5 评定指标稳定系数 工程中 k 1 25 1 5 二 边坡稳定性分析原理 第一节边坡稳定性分析原理与方法 4路基边坡稳定性分析计算 17 第一节边坡稳定性分析原理与方法 三 边坡稳定性分析的计算参数 1 土的计算参数 填土 路堤一致 天然 路堑多层土体 利用加权平均法2 边坡的取值对于折线形或阶梯形边坡 一般取平均值 或坡脚点和坡顶点的连线 3 荷载当量高度h0汽车荷载以相等压力的土层厚度来代替荷载当量土柱高 4路基边坡稳定性分析计算 18 汽车菏载当量换算 对于作用在路基上的行车荷载 按最不利情况排列 将车辆的设计荷载换算成当量土柱高 h0的计算式为 其中 B为横向分布车辆轮胎最外缘之间总距 m 4路基边坡稳定性分析计算 19 四 边坡稳定分析时的简化 1 形状简化平面状 直线园柱状 碗状 圆曲面 投影 圆弧 4路基边坡稳定性分析计算 20 2 力的简化 超静定 静定 4路基边坡稳定性分析计算 21 土体划分为n个土条 一个土条可列出三个平衡方程 总计3n个平衡方程 条分法 4路基边坡稳定性分析计算 22 直线法 一 适用条件 1 砂类土的路堤和路堑 2 有近似直线的软弱夹层的路堑 3 单坡的陡坡路堤 4路基边坡稳定性分析计算 23 二 数学表达式 由于砂类土的粘结力C很小 若取C 0 则上式为 4路基边坡稳定性分析计算 24 三 稳定性分析步骤 1 均质砂类土路堤边坡 试算法 先假设几个破裂面 按上式计算对应的稳定系数Ki 4路基边坡稳定性分析计算 26 绘制 i Ki曲线图 在图中确定最小Kmin以及相应的极限破裂角 0 稳定性判断 Kmin K 1 25 1 5 4路基边坡稳定性分析计算 27 2 均质砂类土路堑边坡 解析法 其中 4路基边坡稳定性分析计算 28 按微分方法 当dK d 0可求稳定系数K最小时破裂面倾斜角 0值 可得 可得 最后进行判断 4路基边坡稳定性分析计算 29 4 3圆弧法 一 适用条件 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 适用于边坡有不同的土层的均质粘性土边坡 部分被淹没的均质粘性土坝 局部发生渗漏 边坡为折线或台阶形的粘性土路堤与路堑 4路基边坡稳定性分析计算 30 二 圆弧法原理 1 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 然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性 圆弧法的计算精度主要与分段数有关 分段愈多则计算结果愈精确 一般分8 10段 小段的划分 还可结合横断面特性 如划分在边坡或地面坡度变化之处 以便简化计算 2 假设 土体为均质和各向同性 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 4路基边坡稳定性分析计算 31 四 边坡稳定性分析方法 力学分析法 3 步骤 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 2 计算每个土条的土体重Gi 包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内 Gi可分解为垂直于小段滑动面的法向分力Ni Gicos i和平行于该面的切向分力Ti isin i 其中 i为该弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间的夹角 i 其中xi为圆弧中心点距圆心竖线的水平距离 R为圆弧半径 3 计算每一小段滑动面上的反力 抵抗力 即内摩擦力Nif 其中f tg i 和粘聚力cLi i为i小段弧长 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 5 求稳定系数K值 4路基边坡稳定性分析计算 32 4 数学表达式 4路基边坡稳定性分析计算 33 三 稳定性分析步骤 1 按比例绘制路基横断面图2 确定圆心的大致位置和圆弧的形状3 根据情况分段4 计算分段的Gi i Ni Ti 进而计算出K15 重复1 4 得出K2 Kn 作图求出最小的Kmin6 稳定性判断 Kmin K 1 25 1 5 4路基边坡稳定性分析计算 34 四 圆弧圆心确定 为了较快地找到极限滑动面 减少试算工作量 根据经验 极限滑动圆心在一条线上 该线即是圆心辅助线 确定圆心辅助线可以采用4 5H法或36 线法 4路基边坡稳定性分析计算 35 4 5H法 4路基边坡稳定性分析计算 36 36 线法 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 由坡顶处作与水平线成36 角的线EF 即为圆心辅助线 4路基边坡稳定性分析计算 37 陡坡路堤稳定性 一 陡坡路堤滑动的成因及滑动形式 1 陡坡路堤 原地面横坡大于1 2 5的路堤 陡坡路堤应同时满足路堤边坡稳定性和沿着原地面滑动的稳定性 4路基边坡稳定性分析计算 38 2可能滑动的陡坡路堤形式 4路基边坡稳定性分析计算 39 二 陡坡路堤稳定性验算 1 滑动面强度指标的确定 基底开挖台阶时 c和 应选择填土和基底土中较小的一组 并按滑动面受水浸湿程度予以降低 基底不设台阶时 考虑到水的渗流影响 c可忽略不计 基底摩擦系数f tg 一般在0 25 0 60之间 4路基边坡稳定性分析计算 40 2 稳定性验算方法 直线法 当基底为单一坡面 土体沿直线滑动面整体下滑时 可用直线滑动面法进行分析 稳定系数按下式计算 4路基边坡稳定性分析计算 41 折线法 当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时 可将滑动面上土体按折线段划分为着干条块 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数值判断路堤的整体稳定性 稳定分析过程如下 4路基边坡稳定性分析计算 42 注意 若第n块土体En 0 则En不列入下一土块的计算 即令En 0最后一块土体的下滑力大于零时 则认为路堤不稳定 否则 认为路堤是稳定的 4路基边坡稳定性分析计算 43 三 增加陡坡路堤稳定性的措施 1 改善基底状况 增加摩擦力或减少滑动力 清除松软的表层覆盖土 夯实基底 开挖台阶 增加摩擦力 在路堤上侧设置截水沟或边沟 以阻止地面水浸湿基底 受地下水影响时 设置盲沟疏干基底土层 2 改变填料及断面形式采用大颗粒填料嵌入地面 放缓坡脚处的边坡 以增加抗滑力 3 在坡脚处设置支挡结构物设置右石料砌筑的护脚 设置挡土墙 4路基边坡稳定性分析计算 44 浸水路堤稳定性 一 浸水路堤及其作用力系概念 受到季节性或长期浸水的沿河路堤 河滩路堤等均称浸水路堤 力系 除承受普通路堤所承受的外力及自重力外还承受浮力及渗透动水压力的作用 4路基边坡稳定性分析计算 45 当水位上升 水从边坡一侧或两侧渗入路堤 路堤内水位的浸润线成凹形 当水位下降 水从堤身向外渗出 路堤内水位的浸润线成凸形 渗透水流还能带走路堤细小的土粒而引起路堤的变形 路堤两侧水位不一致 产生横穿路堤的渗透 图4 15路堤内浸润曲线 二 渗透动水压力的作用 4路基边坡稳定性分析计算 46 三浸水路堤边坡稳定性分析 1 动水压力的考虑浸水路堤的稳定性按最不利的情况分析 最高洪水位骤然降落时 几乎不透水的粘土路堤 水位涨落对土体内部影响较小 可不考虑动水压力 透水性较强的土填筑 虽可发生横穿路堤的渗透 但其作用力一般较小 若路堤采用不透水材料填筑 则不会发生横穿渗透现象 故也可不计算 当路堤用普通土填筑 浸水后土体内产生动水压力 2 稳定性分析 4路基边坡稳定性分析计算 47 3 浸水路堤边坡稳定性分析应考虑的因素 浸水路堤的浸水部分填土土性指标的变化 渗透动水压力的影响 由于土体中水的渗透作用而产生的动水压力 其方向与水的渗透水力坡降方向相同 其大小可按下式计算 三浸水路堤边坡稳定性分析 4路基边坡稳定性分析计算 48 4 计算渗透动水压力D应注意以下三点 透水性材料填筑的路堤 水位变化时 堤身不产生动水压力或动水压力很小 令D 0 不透水材料或透水性极小的粘性土填筑的路堤 水位变化时 堤身不产生动水压力 令D 0 普通土填筑的路堤 水位变化时 堤身产生动水压力 其值按上述方法计算 4路基边坡稳定性分析计算 49 地震地区