第三章 路基稳定性分析

1、第三章第三章 路基稳定性分析路基稳定性分析针对问题：针对问题：1.边坡失稳边坡失稳 2.陡坡路堤的失稳陡坡路堤的失稳 3.地基失稳地基失稳 第一节第一节 边坡稳定性分析边坡稳定性分析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 按平按平面问题处理面问题处理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，滑动土体整体下滑认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑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.松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，滑动松散的砂性土和砾石内摩擦角较

2、大，粘聚力较小，滑动面近似平面，平面力学模型采用直线。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，破裂时滑动面为圆粘性土粘聚力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动面为圆柱形、碗形，近似于圆曲面，平面力学模型采用圆弧柱形、碗形，近似于圆曲面，平面力学模型采用圆弧（二）破裂面的假定（二）破裂面的假定一、边坡稳定性分析原理一、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.对于路堑天然边坡或地基部分，取原状土，测其容重对于路堑天然边坡或地基部分，取原状土，测其容重，内，内摩擦角摩擦角，粘聚力，粘聚力c，根据实际情况采用原位剪切试验、直剪，根据

3、实际情况采用原位剪切试验、直剪试验或三轴试验。试验或三轴试验。二、边坡稳定性分析的计算参数二、边坡稳定性分析的计算参数（1）施工期稳定分析：采用）施工期稳定分析：采用cu、u（直剪快剪或三轴不排水剪）（直剪快剪或三轴不排水剪）（2）运营期稳定分析：新建路堤采用）运营期稳定分析：新建路堤采用ccu、cu（直剪固结快剪或三轴固结不排水剪）（直剪固结快剪或三轴固结不排水剪）; 已建成路堤采用已建成路堤采用cu、u（直剪快剪或三轴不排水剪直剪快剪或三轴不排水剪）（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据对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数据

4、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B横向分布车辆轮胎外缘之间总距，m1BNbNd（）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公路公路级和公路级和公路级汽车荷载，级汽车荷载，L=12.8m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h0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，也

5、可认为当量土层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分布于整个路基宽度上1.当量土柱高度当量土柱高度2.荷载分布方式荷载分布方式（三）边坡的取值（三）边坡的取值CDEBA1:n1:n1:nh1h2h3h1.数值分析法数值分析法假定几个滑动面，按照力学平衡原理分析验算，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。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，制定图或表，用查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。图或查表来进行，简单不精确。三、边坡稳定性分析方法三、边坡稳定性分析方法根据不同

6、土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的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，在设计时，将影响边资料调查，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，采用类似条件下的稳定边坡值。坡稳定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边坡值。力学分析法力学分析法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costansinFQcLKTQ1.路堤情况路堤情况的极限破裂的极限破裂面面2.纯砂土路基情况分析纯砂土路基情况分析costantansintanFQcLKTQ3.直线破裂的路堑或已知破裂面需要反求边坡的情况分

7、析直线破裂的路堑或已知破裂面需要反求边坡的情况分析hABCcostansin()cotcot()FQcLKTQfaaa参数，2 /achf土体内摩擦系数，tanf其他符号意义同前（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。结段。结合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算。合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算。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

8、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 土体均质，各向同性土体均质，各向同性 各土条间传递水平推力，不传递竖向剪力各土条间传递水平推力，不传递竖向剪力 忽略水平推力作用点的位置忽略水平推力作用点的位置1）简化条分法）简化条分法 简单条分法（简单条分法（Fellenius法法/瑞典法）瑞典法） 简化简化Bishop条分法条分法2）严格条分法）严格条分法 Janbu普遍条分法普遍条分法 Spencer法法2.条分法分类条分法分类3.简化简化Bishop条分法假定条分法假定4）以圆心）以圆心o为转动圆心，半径为转动圆心，

9、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。4.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、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1小段弧长）小段弧长）5）求稳定系数（简化）求稳定系数（简化Bishop法）法）(ta n)(

10、) s in() s iniiiirssiiiiiiiRc LnMFMRWQKWQ 式中：式中：Wi第第i土条重力；土条重力； 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； Ki系数，由土条所在位置分别按照下式计算。系数，由土条所在位置分别按照下式计算。当土条滑弧位于路堤中时：当土条滑弧位于路堤中时：() tantiitiitiiaic bWQKmtan()tandiididitiidiiaic bWU WQKm当土条滑弧位于地基中时：当土条滑弧位于地基中时：sintancosiiiismF式中凡是标注脚标式中凡是标注脚标t者，表示路堤部分的各项

11、参数；凡是标注脚者，表示路堤部分的各项参数；凡是标注脚标标d者者,表示地基部分的各项参数。表示地基部分的各项参数。式中：式中：bi各个土条的宽度各个土条的宽度 U地基平均固结度（地基平均固结度（01.0）可以用求驻点的办法求最危险破裂面吗？4.5h法法36法法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（三）不平衡推力法（三）不平衡推力法（传递系数法（传递系数法/推力传递法推力传递法/剩余下滑力法）剩余下滑力法）111111cos1cos()sin()taniQii iQiiiisiiiiiisEWclWEFF1.砂性土边坡：

12、平面滑动面砂性土边坡：平面滑动面 法验算；法验算；2.粘性土边坡或软弱地基：圆弧法（宜于使用简化粘性土边坡或软弱地基：圆弧法（宜于使用简化Bishop法）法）验算路堤稳定性和路堤验算路堤稳定性和路堤地基整体稳定性。地基整体稳定性。3.针对工况考虑其他外力影响和安全系数针对工况考虑其他外力影响和安全系数（1）施工期）施工期（2）运营期）运营期新建成和已建成新建成和已建成（3）集中降雨、浸水路堤（）集中降雨、浸水路堤（考虑渗透动水压力和浮力考虑渗透动水压力和浮力）和地震）和地震（考虑地震力考虑地震力）（一）填方高边坡（一）填方高边坡四、各种方法的应用四、各种方法的应用针对不同的填方土质和可能的破坏

13、形式针对不同的填方土质和可能的破坏形式1.规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡采用简化规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡采用简化Bishop法；法；2.可能产生直线形破坏的边坡采用平面滑动面可能产生直线形破坏的边坡采用平面滑动面 法；法；3.可能残生折线形破坏的边坡采用不平衡推力法；可能残生折线形破坏的边坡采用不平衡推力法；4.对于结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平投影法和、实体比对于结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平投影法和、实体比例投影法和楔形滑动面法；例投影法和楔形滑动面法；5.针对工况采用不同的外力组合和安全系数。针对工况采用不同的外力组合和安全系数。（1）正常工况）正常工况天然状态下的工况；天然状态下的工况；（2）非正常工况）非正常工况暴雨或连续降雨状态；暴雨或连续降雨状态；（3）非正常工况）非正常工况地震地震（二）挖方高边坡（二）挖方高边坡 土质高于土质高于20m，岩质高于，岩质高于30m或不良地质地段挖方边坡或不良地质地段挖方边坡基于地质勘察，针对可能的破坏形式基于地质勘察，针对可能的破坏形式（三）陡坡路堤（三）陡坡路堤地面斜斜坡坡率陡于地面斜斜坡坡率陡于1：2.5（）（）1.单一破坏面采用平面滑动面单一破坏面采用平面滑动