第四章路基边坡稳定性设计PPT课件

1、第一节 边坡稳定性分析原理与方法 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， 第1页/共33页路基稳定性分析的原因： 边坡过陡、自然平衡条件被破坏、水流冲刷、地基承载力过低等都会造成边坡沿一剪切面产生坍塌，必须分析其稳定性。第2页/共33页第3页/共33页第4页/共33页 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）第一节 边坡稳定性分析原理与方法

2、TWN NTWa)直线破坏面 T1N1WT2N2b)折线破坏面 TNWC)曲线破坏面 图4-1 边坡的滑动面 第5页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 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6页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 二、边坡稳定性分析原理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

3、定指标稳定系数：工程中，k1.251.5111k， 稳 定抗 滑 力 （ 矩 ）， 临 界下 滑 力 （ 矩 ）， 不 稳 定第7页/共33页第一节 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11niiicc hH11niiitgh tgH11niiihHc、第8页/共33页第9页/共33页边坡稳定性概念 边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体，由于坡表面倾斜，在

4、坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。 一般来说，如果边坡土(岩)体内部某一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。第10页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 四、边坡稳定性分析方法力学分析法 1直线法适 用 范 围 ：直线法适用于砂土和砂性土(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。图4-3 直线法计算图 cos +cLGsinFGtgKTcos +cLG

5、sinFGtgKT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i，如图4-3b，求出相应的稳定系数Ki值得出Ki与i的关系曲线，如图4-3c在K=f()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。 第11页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 四、边坡稳定性分析方法力学分析法 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 。 均质砂类土路堑 00cos +cLGsin F GtgKTf a ctgactg 第12页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 四、边坡稳定性分析方法力学分析法 成层砂类土边坡 ii11ni1i=1(cos

6、+C L )G sinnnniiiiiniiFGtgKT第13页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 四、边坡稳定性分析方法力学分析法 2圆弧法 （1）适用范围l 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、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。 （2）假定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 第14页/共33页（3）基本原理将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖

7、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810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。第15页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 四、边坡稳定性分析方法力学分析法 （4）步骤 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24m，如下图所示。 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N

8、i=Gicosi和平行于该面的切向分力Tiisini，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) 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=tgi )和粘聚力cLi（i为i小段弧长)。 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 求稳定系数K值 第16页/共33页下抗MMK iiiiiiiiixGGcLGfTTRcLNifRKsinsincos)()(第17页/共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 四、边坡稳定性分析方法力学分析法 （5）确定圆心辅助线 第18页/

9、共33页第一节 边坡稳定性分析原理与方法 四、边坡稳定性分析方法表解法图4-9 表解法边坡稳定性分析原理 第19页/共33页第二节 陡坡路堤稳定性 一、可能滑动的陡坡路堤形式 原 因：基底接触面较陡或强度较弱表现形式：路堤整体沿基底接触面滑动 原 因：基底修筑在软弱土层上 表现形式：路堤连同其下的软弱土层沿某一滑动面滑动原 因：基底下岩层强度不均匀，如泥质页岩表现形式：路堤沿某一最弱的层面滑动第20页/共33页第二节 陡坡路堤稳定性 二、陡坡路堤稳定性分析的计算参数 应采用因浸水而降低的强度数据。可在基底开挖台阶时选择测试数据中较低的一组，并按滑动面受水浸湿的程度再予以适当降低。 第21页/共

10、33页5、验算方法1)单坡直线形验算方法方法：)(0)1()(01)(不稳定不稳定抗下下KFFEkCLNtgFsin)(cos)(PQcLtgPQK)(25. 1稳定下抗FFK方法：计算剩余下滑力Ea1a2a3第22页/共33页第二节 陡坡路堤稳定性 三、陡坡路堤边坡稳定性分析方法 第23页/共33页2）多坡折线形剩余下滑力a）分条；b）依次计算土条剩余下滑力，求最后下一层的En，判断En=？2222112221122211111111)sin(cos)(1)cos(sin)()cos)(1sin)(1LCtgEPQKEPQELCtgPQKPQFKFE抗下)sin(cos)(1)cos(sin

11、)(1111nnnnnnnnnnnnnnLCtgEPQKEPQEcos)(1sin)()(111111111111111111lctgAKAlctgNKTE)sin(1)cos(222211221122lctgENKETE第24页/共33页第三节 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 二、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，当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线成凹形，动水压力向土体内；当堤外水位下降时，堤内水位比降曲线成凸形，动水压

12、力向土体外面，渗透水流还能带走路堤细小的土粒而引起路堤的变形； 图4-15 路堤内浸润曲线 第25页/共33页 三、三、浸水路堤的特点 1、 坡脚、边坡易受水流的冲刷； 2、 路堤填料浸水强度下降； 3、 浸水路堤常常遇到软地基； 4、 水位降骤，渗透动水压力，会产生不利的影响。 四、水位升降对路堤边坡的影响。 D=f(V,h降)， c- 水 位 上 涨水 位 下 降第26页/共33页六、浸水路堤边坡稳定性验算假设：B：全部浸水和部分浸水的土条总数。 C：完全不浸水的土条总数。（渗透动水压力）D：作用于浸润线以下土体的重心，方向平行水利坡降。浸水路堤除受行车荷载和自重外还受到水的浮力和渗透动水

13、压力的作用。第27页/共33页第三节 浸水路堤稳定性 五、渗透动水压力的计算 渗透动水压力计算方法 ：DIB0 动水压力计算图示 第28页/共33页第三节 浸水路堤稳定性 六、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 =/ccBBccBBcBnccBBccBBcBnfNfNC LC LRMKMTTRD SfNfNc Lc LTTD S R抵 抗滑 动ccBBc cB BcBfNfNcLc LKTT