第三章 路基稳定性分析

1、第三章第三章 路基稳定性设计路基稳定性设计第一节第一节 边坡稳定性验算边坡稳定性验算第二节第二节 路基边坡的防护和加固路基边坡的防护和加固第三节第三节 挡土墙挡土墙 由路基填方或挖方形成的具有斜坡坡面的土体由路基填方或挖方形成的具有斜坡坡面的土体称为边坡称为边坡. 当由于各种自然因素或人为因素的作用而破坏当由于各种自然因素或人为因素的作用而破坏了边坡土体的力学平衡时了边坡土体的力学平衡时,土体就会沿着其中某一土体就会沿着其中某一滑面而产生滑动破坏滑面而产生滑动破坏,称为滑坡称为滑坡.第一节第一节 边坡稳定性验算边坡稳定性验算 土质边坡的破坏土质边坡的破坏,是由于土坡中部分土体的剪是由于土坡中部

2、分土体的剪应力达到了土的抗剪强度应力达到了土的抗剪强度,以致在土坡内形成了连以致在土坡内形成了连续的滑移面续的滑移面,其上的土体沿剪切面发生了滑动破坏其上的土体沿剪切面发生了滑动破坏. 土坡的稳定分析土坡的稳定分析,即为采用土力学的理论来研即为采用土力学的理论来研究土体发生滑动破坏时滑动面可能的位置和几何究土体发生滑动破坏时滑动面可能的位置和几何形状、滑动面上的剪应力和抗剪强度的大小，进形状、滑动面上的剪应力和抗剪强度的大小，进行滑动土体的力学平衡分析。行滑动土体的力学平衡分析。1) 对边坡稳定性进行力学分析时，为简化计算，都对边坡稳定性进行力学分析时，为简化计算，都按平面问题处理按平面问题处

3、理2) 不考虑滑动主体本身内应力的分布不考虑滑动主体本身内应力的分布3) 认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑下滑4) 极限滑动面位置通过试算来确定极限滑动面位置通过试算来确定1.1.1边坡稳定性分析原理边坡稳定性分析原理静力平衡静力平衡（一）静力平衡的基本假定（一）静力平衡的基本假定1.1边坡稳定性验算边坡稳定性验算1) 松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，滑动面近似平面，平面力学模型采用直线。滑动面近似平面，平面力学模型采用直线。2) 粘性土粘聚力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动粘性土粘聚

4、力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动面为圆柱形、碗形，近似于圆曲面，平面力学模型面为圆柱形、碗形，近似于圆曲面，平面力学模型采用圆弧采用圆弧（二）破裂面的假定（二）破裂面的假定1.对于路堑天然边坡或地基部分，取原状土，测其容对于路堑天然边坡或地基部分，取原状土，测其容重重，内摩擦角，内摩擦角，粘聚力，粘聚力c，1.1.2边坡稳定性分析的计算参数边坡稳定性分析的计算参数（一）所需土的试验资料（一）所需土的试验资料2.对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数据据 路堤各层填料性质不同时，所采用验算数据可按加权平路堤各层填料性质不同时，所采用验算数据可按加

5、权平均法求得。均法求得。（二）路堤上汽车荷载的换算二）路堤上汽车荷载的换算将车辆布置于路堤上，车辆的设计荷载换算成相当于土将车辆布置于路堤上，车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度层厚度h01) 当量土柱高度当量土柱高度1BN bNd（）b每一辆车轮胎外缘之间的距离，每一辆车轮胎外缘之间的距离，md相邻两辆车轮胎之间的净距，相邻两辆车轮胎之间的净距，m 可分布在行车道宽度范围内可分布在行车道宽度范围内 考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，也可认为当量土层分布于整个路基宽度上也可认为当量土层分布于整个路基宽度上.2) 荷载分布方式荷载分布方式1.数值分

6、析法数值分析法假定几个滑动面，按照力学平衡原理假定几个滑动面，按照力学平衡原理分析验算，找出极限滑动面。分析验算，找出极限滑动面。2.图解或表解法图解或表解法在计算机或图解的基础上，制定图在计算机或图解的基础上，制定图或表，用查图或查表来进行，简单不精确。或表，用查图或查表来进行，简单不精确。1.2、边坡稳定性验算、边坡稳定性验算力学分析法力学分析法根据不同土类及其所处的状态，经过长期的生产实践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，拟定边坡的稳定值参考数据，在和大量的资料调查，拟定边坡的稳定值参考数据，在设计时，将影响边坡稳定的因素作比拟，采用类似条设计时，将影响边坡

7、稳定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边坡值。件下的稳定边坡值。工程地质类比法工程地质类比法 （一）平面滑动面法（一）平面滑动面法costansinFGcLKTG作不同倾角的破裂面作不同倾角的破裂面,画出相应的画出相应的Kii曲线曲线,与最小安全系与最小安全系数数Kmin相应的相应的min为危险破裂角为危险破裂角.Kmin1.25,边坡稳定边坡稳定; Kmin1.25,边坡不安全边坡不安全.（二）圆弧（二）圆弧条分法条分法计算精度与分段数有关越大越精确，一般为计算精度与分段数有关越大越精确，一般为810段。结合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变段。结合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简

8、化计算。化处以简化计算。1）将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条）将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条2）依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力）依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力3）叠加计算整个土体的稳定性）叠加计算整个土体的稳定性粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面1.基本原理基本原理4）以圆心）以圆心o为转动圆心，半径为转动圆心，半径R为力臂。计算滑动面上各点对为力臂。计算滑动面上各点对o点的滑动力矩和抗滑力矩。点的滑动力矩和抗滑力矩。2.圆弧法基本步骤圆弧法基本步骤2）计算每个土条重）计算每个土条重Gi（土重、荷载重）垂直滑动面法向分力（土重

9、、荷载重）垂直滑动面法向分力1）通过坡脚任意选定可能滑动面）通过坡脚任意选定可能滑动面AB，半径为，半径为R，纵向单位长，纵向单位长度，滑动土体分条（度，滑动土体分条（58）3）计算每一段滑动面抵抗力）计算每一段滑动面抵抗力Nitg（内摩擦力）和粘聚力（内摩擦力）和粘聚力cLi（Li为为i小段弧长）小段弧长）5）求稳定系数）求稳定系数,tancossinsiniiiiiiQcLMKMQQ抗滑滑动式中：式中：i第第i土条底滑面的倾角；土条底滑面的倾角； Qi第第i土条垂直方向外力；土条垂直方向外力； 然后然后,再定再定O2点画圆弧点画圆弧,分条求分条求K2,依次求得依次求得Kmin.4.5h法法

10、6）再假定几个可能的滑动面，计算相应）再假定几个可能的滑动面，计算相应k值，由辅助线求取值，由辅助线求取Kmin例题：如图例题：如图1为一路堤横断面。已知填料为砂性为一路堤横断面。已知填料为砂性土，重力密度土，重力密度=18.5kN/m3，粘结力，粘结力c=0.98kPa，内摩擦角内摩擦角=35。试问该路堤边坡会不会沿滑动。试问该路堤边坡会不会沿滑动面面ABAB产生滑动？产生滑动？图1解：解：ABG的面积的面积 SABG =8*18/2=72m2矩形：矩形：SBEFG=8*0.75=6m2滑动面以上土体及车辆荷载总重滑动面以上土体及车辆荷载总重 G=(SABG+SBEFG)=(72+6)*18

11、.5*1=1443kN滑动面与水平线的夹角滑动面与水平线的夹角=arctan18/(18*1.5+8)=27.22 滑动面的长度滑动面的长度 L=182+(18*1.5+8)21/2=39.36m下滑力：下滑力：T=Gsin=1443sin27.22 =660kN 抗滑力抗滑力: F=Gcostan+cL =1443* cos27.22* tan35 +0.98*39.36 =937.1kN 稳定系数稳定系数K=F/T=1.421.25 所以所以,该路堤边坡不会沿滑动面该路堤边坡不会沿滑动面AB滑动滑动.提高路基稳定的措施：提高路基稳定的措施：（一）基底处理（一）基底处理（二）改变结构（二）改

12、变结构（三）改变填土（三）改变填土（四）加强排水（四）加强排水（五）支挡设施（五）支挡设施第二节第二节 路基边坡的防护和加固路基边坡的防护和加固一、一、 防护与加固的目的防护与加固的目的 路基在水、风、冰冻等自然因素的长期作用下，经路基在水、风、冰冻等自然因素的长期作用下，经常发生变形和破坏。如边坡表面土层剥落，形成冲沟常发生变形和破坏。如边坡表面土层剥落，形成冲沟及滑坍等。这些不及时防治，就会引起严重病害。要及滑坍等。这些不及时防治，就会引起严重病害。要想使路基的稳定性得到保证，除了要作好路基排水，想使路基的稳定性得到保证，除了要作好路基排水，还必须采取有效的防护加固措施。还必须采取有效的防

13、护加固措施。 防护与加固的施工，应分别情况，按需进行。要求防护与加固的施工，应分别情况，按需进行。要求路基边坡本身要稳定，否则无法进行，因为除了专门路基边坡本身要稳定，否则无法进行，因为除了专门用来支挡路基的结构物，一般防护工程承受外力的能用来支挡路基的结构物，一般防护工程承受外力的能力都很小，有的则完全不能承受外力。力都很小，有的则完全不能承受外力。二、二、 防护加固工程的分类防护加固工程的分类 路基防护与加固工程，按其作用的不同，可以路基防护与加固工程，按其作用的不同，可以分成冲刷防护、坡面防护和支档建筑物三大类。分成冲刷防护、坡面防护和支档建筑物三大类。1、冲刷防护、冲刷防护 它的作用是

14、防护水流对路基的冲刷和淘刷。按它的作用是防护水流对路基的冲刷和淘刷。按方法的不同，又可以分为直接防护和间接防护方法的不同，又可以分为直接防护和间接防护 。2、坡面防护、坡面防护 用来防护容易受到自然因素影响而破坏的土质用来防护容易受到自然因素影响而破坏的土质与岩质边坡。与岩质边坡。3、支档建筑物、支档建筑物 是防止路基变形或支档路基本身以保证其稳定是防止路基变形或支档路基本身以保证其稳定性。为了使概念明确，一般把防止冲刷和风化，主性。为了使概念明确，一般把防止冲刷和风化，主要起隔离作用的措施称为防护工程，而把防止路基要起隔离作用的措施称为防护工程，而把防止路基或山体因重力作用而滑塌，主要起支撑

15、作用的支档或山体因重力作用而滑塌，主要起支撑作用的支档结构物称加固工程。结构物称加固工程。草种根据防护目的、气候、土质、施工季节确定，宜于选用易成活、生长草种根据防护目的、气候、土质、施工季节确定，宜于选用易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种。快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种。一、植物防护一、植物防护（一）植被防护（一）植被防护1.植草植草2.铺草皮铺草皮平铺草皮平铺草皮叠铺草皮叠铺草皮适用于需要快速绿化，且坡率缓于适用于需要快速绿化，且坡率缓于1：1的土质边坡和严重风化的软的土质边坡和严重风化的软质岩石边坡。不宜采用喜水、生长在泥沼地的草皮质岩石边坡。不宜采用喜水

16、、生长在泥沼地的草皮方格草皮方格草皮适用于坡率缓于适用于坡率缓于1：1.5和边坡或再边坡以外的河岸及漫滩地。和边坡或再边坡以外的河岸及漫滩地。应选用根深叶密的低矮灌木。注意视距和风沙、风雪流问题。应选用根深叶密的低矮灌木。注意视距和风沙、风雪流问题。3.植树植树带状植树带状植树连续植树连续植树横断面示意图横断面示意图（二）三维植被网防护（二）三维植被网防护 适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于1：0.75的边坡防护；三的边坡防护；三维植被网中的回填土通常采用客土。维植被网中的回填土通常采用客土。二、骨架植物防护二、骨架植物防护适用于缓于适用于缓于

17、1：0.75的土质和全风化岩石边坡。当坡面受水冲刷严重或的土质和全风化岩石边坡。当坡面受水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于潮湿时，坡度应缓于1：1截水骨架防护（一）浆砌片石或水泥混凝土骨架植物防护（一）浆砌片石或水泥混凝土骨架植物防护（二）多边形水泥混凝土空心块植物防护（二）多边形水泥混凝土空心块植物防护1.适用于缓于适用于缓于1：0.75的土质和全风化、强风化岩石边坡。并视情的土质和全风化、强风化岩石边坡。并视情况设置浆砌片石或水泥混凝土骨架。况设置浆砌片石或水泥混凝土骨架。2.多边形水泥混凝土空心预制块的混凝土强度不应低于多边形水泥混凝土空心预制块的混凝土强度不应低于C20，厚，厚度不应小于度

18、不应小于150mm。空心预制块内应填充种植土，喷播植草。空心预制块内应填充种植土，喷播植草。（三）锚杆混凝土框架植物防护（三）锚杆混凝土框架植物防护1.适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的岩石路堑边坡。适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的岩石路堑边坡。2.锚杆采用非预应力的全长粘结型锚杆。框架应采用钢筋混凝土，混凝土锚杆采用非预应力的全长粘结型锚杆。框架应采用钢筋混凝土，混凝土强度不应低于强度不应低于C25。三、污工防护三、污工防护（一）喷浆（混凝土）防护（一）喷浆（混凝土）防护适用于坡率缓于适用于坡率缓于1：0.5、易风化但未遭强风化的岩石边坡，、易风化但未遭强风化的岩石

19、边坡，喷浆的厚度不宜小于喷浆的厚度不宜小于50mm，强度不低于，强度不低于M10;喷混凝土的厚喷混凝土的厚度不宜小于度不宜小于80mm，强度不低于，强度不低于C15。适于坡面为碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层以适于坡面为碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层以及坡面岩石与基岩分开并有可能下滑的挖方边坡。及坡面岩石与基岩分开并有可能下滑的挖方边坡。（二）锚杆挂网喷浆（二）锚杆挂网喷浆干砌片石护坡适用于坡度缓于干砌片石护坡适用于坡度缓于1：1.25土（石）质路堑边坡。土（石）质路堑边坡。厚度不宜小于厚度不宜小于250mm浆砌片石护坡适用于坡度缓于浆砌片石护坡适用于坡度缓于1:1的的 易风

20、化岩石和土质路堑边易风化岩石和土质路堑边坡。厚度不宜小于坡。厚度不宜小于250mm（三）砌石或混凝土预制块护坡（三）砌石或混凝土预制块护坡适用于易风化或风化严重的软质岩石或较破碎岩石的挖方边坡以适用于易风化或风化严重的软质岩石或较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡，边坡不宜陡于及坡面易受侵蚀的土质边坡，边坡不宜陡于1：0.5。墙顶厚度一。墙顶厚度一般大于般大于40mm，需要考虑基础、沉降伸缩缝以及排水孔问题。，需要考虑基础、沉降伸缩缝以及排水孔问题。（四）砌石或混凝土护面墙（四）砌石或混凝土护面墙适用于坡面较干燥、未经严重风化的各种易风化岩石适用于坡面较干燥、未经严重风化的各种易风化

21、岩石边坡，但不适用于由煤系岩层以及成岩作用很差的红边坡，但不适用于由煤系岩层以及成岩作用很差的红色粘土岩组成的边坡。高速公路边坡不宜使用色粘土岩组成的边坡。高速公路边坡不宜使用适用于边坡坡率缓于适用于边坡坡率缓于1：0.5、易受冲刷的土质边坡或、易受冲刷的土质边坡或易风化剥落的岩石边坡。高速公路边坡不宜使用易风化剥落的岩石边坡。高速公路边坡不宜使用（五）砂浆（灰浆）封面（五）砂浆（灰浆）封面（六）捶面（六）捶面 沿河路基防护沿河路基防护一、直接防护一、直接防护（一）、植物防护（一）、植物防护（二）、砌石或混凝土护坡（二）、砌石或混凝土护坡（三）、抛石或石笼（三）、抛石或石笼（四）、浸水挡土墙（

22、四）、浸水挡土墙（五）、土工软体沉排和土工模袋五）、土工软体沉排和土工模袋第三节第三节 挡土墙挡土墙挡土墙是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力、挡土墙是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。一、挡土墙的用途一、挡土墙的用途挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定 1.与移改路线位置进行比较；与移改路线位置进行比较； 2.与填筑或开挖边坡相比较；与填筑或开挖边坡相比较； 3.与拆移有关

23、干扰路基的构造物（房屋、河流、水与拆移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较；渠）等比较； 4.与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较 。 二、挡土墙各部分的名称二、挡土墙各部分的名称三、挡土墙的分类三、挡土墙的分类用于陡峭山坡的路堑底部，降低边破高度、减少开挖或用于陡峭山坡的路堑底部，降低边破高度、减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡者边坡防止地质不良地段的滑坡（一）按照挡土墙设置的位置（一）按照挡土墙设置的位置1、路堑挡土墙、路堑挡土墙2、路肩挡土墙、路肩挡土墙用于（用于（1）陡坡路堤，为保证路堤稳定，收缩坡脚；）陡坡路堤，为保证路堤稳定

24、，收缩坡脚；（2）为避免与其它建筑物）为避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等如房屋、铁路、水渠等)干扰或防止多占农田；（干扰或防止多占农田；（3）为防止沿河路堤受水）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。流冲刷和淘刷。用于地形受限，需要收缩坡脚；防止陡坡堤下滑。用于地形受限，需要收缩坡脚；防止陡坡堤下滑。3、路堤挡土墙、路堤挡土墙用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层（需要时可分设数道）（需要时可分设数道）4、山坡挡土墙、山坡挡土墙用于沿河路堤，需要收缩坡脚或防止水流冲淘用于沿河路堤，需要收缩坡脚或防止水流冲淘5.浸水挡土墙浸水挡土墙（二）按照挡土

25、墙的结构形式（二）按照挡土墙的结构形式依靠墙的自重支撑土压力，污工结构。形式简单，施工方依靠墙的自重支撑土压力，污工结构。形式简单，施工方便便A 竖直式竖直式B 俯斜式俯斜式C 仰斜式仰斜式D 折线式折线式E 衡重式衡重式A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路多用于路堑墙堑墙1.重力式挡土墙重力式挡土墙（1）锚杆式）锚杆式 2.锚定式挡土墙锚定式挡土墙（2）锚定板式）锚定板式 3.薄壁式挡土墙薄壁式挡土墙（2）扶壁式）扶壁式（1）悬臂式）悬臂式4.加筋土挡土墙加筋土挡土墙5.柱板式挡土墙柱板式挡土墙钢筋混凝土锚固桩6.桩板式挡土墙桩板式挡土墙7.垛式（框架式）挡土墙垛式（框架式）挡土墙四、挡土墙的布置四、挡土墙的布置1挡土墙位置的选定挡土墙位置的选定 1）路堑挡土墙大多数设在边沟旁；）路堑挡土墙大多数设在边沟旁；2）山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处；）山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处；3）当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、）当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙；基础情况相似时，应优先选用路肩墙；4）若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，）若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙；而且基础可靠时，宜选用路堤墙；5）沿河路堤设