《道路工程》讲义1102PPPT10

土木工程学院道路工程系路基边坡稳定性分析与支挡工程路基边坡稳定性分析主要内容第一节概述第二节直线滑动面的边坡稳定性分析第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析第一节概述边坡指的是为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面。1、边坡种类（1）按成因分类：天然边坡、人工边坡。（2）按地层岩性分类：土质边坡和岩质边坡。（3）按使用年限分类：可分为永久性边坡和临时性边坡。第一节概述天然边坡：江、河、湖、海岸坡山、岭、丘、岗、天然坡第一节概述人工边坡：挖方：沟、渠、坑、池填方：堤、坝、路基、堆料露天矿小浪底土石坝第一节概述2、什么是滑坡?

边坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另一部分土体滑动的现象称滑坡。土坡滑坡前征兆：坡顶下沉并出现裂缝，坡脚隆起。第一节概述2007年常吉高速朱雀洞大型滑坡滑坡近景GIF第一节概述第一节概述-内部原因（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。（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。（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。◆3、路基边坡失稳的原因：第一节概概述-外部原因（1）降水或地下下水的作用：：持续的降雨或或地下水渗入入土层中，使使土中含水量量增高，土中中易溶盐溶解解，土质变软软，强度降低；还可使土的的重度增加，，以及孔隙水水压力的产生生，使土体作作用有动、静水压力力，促使土体失失稳，故设计计斜坡应针对对这些原因，，采用相应的的排水措施。。（2）振动的作用用：如地震的反复复作用下，砂砂土极易发生生液化；粘性土，振振动时易使土土的结构破坏坏，从而降低低土的抗剪强度；车辆运动、、施工打桩或或爆破，由于于振动也可使使邻近土坡变形或失稳等。（3）人为影响：：由于人类不合合理地开挖，，特别是开挖挖坡脚；或开开挖基坑、沟沟渠、道路边边坡时将弃土土堆在坡顶附附近；在斜坡坡上建房或堆堆放重物时，，都可引起斜斜坡变形破坏坏。◆3、路基边坡失失稳的原因：：第一节概概述根本原因:边坡中土体内内部某个面上上的剪应力达达到了它的抗抗剪强度。具体原因：（1）滑面上的剪剪应力增加；；（2）滑面上的抗抗剪强度减小小。◆3、路基边坡失失稳的原因：：第一节概概述土的计算参数数γ、φ、с（可分层划段段，使参数一一致，一般采用直接快剪剪或三轴不排排水剪切试验验；高路堤时宜采用直接接固结快剪或或三轴固结不排排水剪切试验验；软土地基宜采用直接固固结快剪或三轴不固结不不排水剪切试试验）边坡的取值可取综合坡度度值，也可用用坡顶与坡脚脚连线近似表表达汽车荷载的当当量换算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。◆4、边坡稳定性性分析的计算算参数第一节概概述5、假定1）基本假定①不考虑滑动动土体本身内内应力分布；；②认为平衡状状态只在滑动动面上达到，，滑动时成整整体下滑；③最危险的破破裂面位置通通过试算确定定。第一节概概述5、假定②均质粘性土：光滑曲面（圆柱面/圆弧）

③非均质的多层土或含软弱夹层的土坡:复合滑动面2）滑动面的形形状①无粘性土:平面第一节概概述直线曲线折线力学分析法工程地质法（（比拟法）图解法◆6、土坡稳定性性分析方法1）按失稳土体体的滑动面特特征划分：2）稳定性分析析计算方法：：直线法适用于于砂土和砂性性土（两者合合称砂类土）），土的抗力力以内摩擦力力为主，粘聚聚力甚小。边边坡破坏时，，破裂面近似似平面。直线滑动面示意图a)高路堤b)深路堤c)陡坡路堤BDA1:ma)1:nABDb)ADc)◆1、适用范围第二节直线线滑动面的边边坡稳定性分分析◆2、试算法式中：ω——滑动面的倾角角；f——摩擦系数，f=tanφ；L——滑动面的长度度；N——滑动面的法向向分力；T——滑动面的切向向分力；c——滑动面上的的粘结力；；Q——滑动体的重重力。BDAHRQNT1:mαωω直线滑动面面上的力系系示意图方法：假定ω，计算K与ω的关系。第二节直直线滑动面面的边坡稳稳定性分析析第二节直直线滑动面面的边坡稳稳定性分析析◆3、解析法边坡稳定系系数最小值值：BDATNQHαωω式中：土的粘力使使边坡滑动动面多呈现现曲面，通通常假定为为圆弧滑动动面。圆弧法适用用于粘土，，土的抗力力以粘聚力力为主，内内摩擦力力力较小。边边坡破坏时时，破裂面面近似圆柱柱形。◆1、适用范围围第三节曲曲线滑动面面的边坡稳稳定性分析析2、分析方法法瑞典圆弧法法简化的Bishop法传递系数法法第三节曲曲线滑动面面的边坡稳稳定性分析析NfWROBd假定滑动面面为圆柱面面，截面为为圆弧，利利用土体极极限平衡条条件下的受受力情况：：滑动面上的的最大抗滑滑力矩与滑滑动力矩之之比CA◆3、圆弧滑动动面的分析析法第三节曲曲线滑动面面的边坡稳稳定性分析析abcdiβiOCRABH各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩

滑动土体分分为若干垂垂直土条土坡稳定安全系数

◆4、圆弧滑动动面的条分分法-条分法基本本思路第三节曲曲线滑动面面的边坡稳稳定性分析析假定不考虑虑土条间的的作用力滑动力矩抗滑力矩条分法基本本思路第三节曲曲线滑动面面的边坡稳稳定性分析析条

分法法

计算算

步骤骤圆心O，半径R分条编号列表计算Wibii变化圆心O和半径RFs最小ENDAORCaibBn

i

321第三节曲曲线滑动面面的边坡稳稳定性分析析边坡稳定性性的几点思思考：（1）滑动面形形状（2）复杂影响响因素（3）分析方法法极限分析极限平衡小结1、边坡、滑滑坡的定义义以及路基基失稳的原原因。内部原因、、外部原因因、根本原原因、具体体原因2、计算参数数与假定γ、φ、с，基本假定定、几何假假定3、稳定性分分析方法分分类4、直线滑动动面边坡稳稳定性分析析适用范围5、曲线滑动动面边坡稳稳定性分析析适用范围、条分法的假设与与分析步骤骤挡土墙设计计主要内容第一节概概述第二节挡挡土墙的构构造与布置置第三节挡挡土墙土压压力计算第四节挡挡土墙的设设计原则第五节挡挡土墙设计计第一节概概述挡土墙的定定义与的作作用挡挡土墙是支支撑天然边边坡或人工工填土边坡坡以保持土土体稳定的的结构物。。公路中主主要作用是是支撑路堤堤、路堑、、隧道洞口口、桥梁两两端及河岸岸壁等。◆1、挡土墙的的定义第一节概概述按挡土墙位置置分:路堑挡墙，，路堤挡墙墙，路肩挡挡墙和山坡坡挡墙等。。按挡土墙的墙墙体材料分:石砌挡墙，，混凝土挡挡墙，钢筋筋混凝土挡挡墙，砖砌砌挡墙，木木质挡墙和和钢板墙等等。按挡土墙的结结构形式分:重力式，半半重力式，，衡重式，，悬臂式，，扶壁式，，锚杆式，，拱式，锚锚定板式，，板桩式和和垛式等。。◆2、挡土墙的的类型第一节概概述挡土墙位置置分：a）路肩挡墙墙、b）路堤挡墙墙、c）路堑挡墙墙、d）山坡挡墙墙abdc第一节概概述（1）刚性挡土土墙本身变形极极小，只能能发生整体体位移重力式悬臂式

锚拉式（锚碇式）扶壁式第一节概概述（2）柔性挡土土墙本身会发生生变形，墙墙上土压压力分布形形式复杂锚杆板桩板桩变形板桩上土压力实测计算第一节概概述挡土墙照片片第一节概概述3、挡土墙的的作用路肩墙：护肩及改善善综合坡度度；路堤墙：收缩坡脚，，防止边坡坡或基底（（对于陡坡坡）路堤滑滑动，沿河河路堤可防防水流冲刷刷等；路堑墙：减少开挖，，降低边坡坡高度；山坡墙：支挡坡上覆覆盖层，可可兼起拦石石作用；隧道及明洞洞口挡墙：缩短隧道或或明洞口长长度；桥梁两端挡挡墙：护台及连接接路堤，作作为翼墙或或桥台。第一节概概述4、各式挡土土墙的使用用条件垮塌的重力式挡墙5、挡土墙的的破坏第一节概概述第一节概概述垮塌的护坡挡墙5、挡土墙的的破坏第二节挡挡土墙的构构造与布置置①墙面（墙胸）②墙背（俯斜、仰仰斜、垂直直）有直线形墙墙背和折线线形墙背之之分③墙顶及护栏栏④墙底（墙趾、墙墙踵）◆1、挡土墙的的构造挡土墙的组组成示意图图墙背墙身基础墙踵墙顶墙面墙趾基底墙身第二节挡挡土墙的构构造与布置置⑤基础设计的主要要内容包括括基础形式式的选择和和基础埋置置深度的确确定。⑥排水设施通常由地面面排水和墙墙身排水两两部分组成成。⑦沉降缝和伸伸缩缝为防止因地地基不均匀匀沉陷而引引起墙身开开裂，应根根据地基地地质条件及及墙高墙身身断面的变变化情况，，设置沉降降缝；为了了减少圬工工砌体因硬硬化收缩和和温度变化化作用而产产生的裂缝缝，须设置置伸缩缝。。◆1、挡土墙的的构造第二节挡挡土墙的构构造与布置置①横向布置主要是在路路基横断面面图上选定定挡土墙的的位置，确确定是路堑堑墙、路肩肩墙、路堤堤墙还是浸浸水挡墙？？并确定断断面形式及及初步尺寸寸。②纵向布置在墙趾纵断断面图上进进行墙的纵纵向布置，，布置后绘绘成挡土墙墙正面图。。包括：1）分段，设设伸缩缝与与沉降缝；；2）考虑始、、末位置在在路基及其其它结构处处的衔接；；3）基础的纵纵向布置；；4）泄水孔布布置。③平面布置对于个别复复杂的挡土土墙，例如如高的、长长的沿河挡挡墙和曲面面挡墙；绕绕避建筑物物挡墙，除除了横、纵纵向布置外外，还应作作平面布置置，并绘制制平面布置置图。◆2、挡土墙布布置第三节挡挡土墙土压压力计算（1）主要力系系：挡土墙自重重及位于墙墙上的恒载载；墙后土体的的主动土压力力（包括超载载）；基底的支撑撑力与摩阻阻力；墙前土体的的被动土压力力；浸水墙的常常水位静水水压力及浮浮力。（2）附加力：：季节性或规规律性作用用于墙的各各种力，如如波浪冲冲击、洪水水。（3）特殊力：偶然出现的的力，如地地震力、浮浮力、水面面物撞击力力等。◆1、作作用用在在挡挡土土墙墙上上的的力力系系图6-5作用用在在挡挡土土墙墙上上的的力力系系第三三节节挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算◆2、挡挡土土墙墙的的移移动动形形式式（1）墙墙体体外外移移（2）墙墙体体内内移移（3）墙墙体体不不移移动动Ea:墙体体外外移移,土压压力力逐逐渐渐减小小,当土土体体破坏坏,达到到极限限平平衡衡状状态态时所所对对应应的的土土压压力力(最小小)Ep:墙体体内内移移,土压压力力逐逐渐渐增大大,当土土体体破坏坏,达到到极限限平平衡衡状状态态时所所对对应应的的土土压压力力(最大大)墙位位移移与土土压压力力E关系系1~5%1~5‰土压力EEpE0EaE0:墙体体不不移移动动,土压压力力即即是是土土体体产产生生的的侧侧压压力力◆3、墙墙位位移移与与土土压压力力关关系系第三三节节挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算第三三节节挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算1）静静止止土土压压力力：：土土静静止止不不动动2）主动动土土压压力力Ea：①土推推墙墙②土体体达达到到主主动动极极限限平平衡衡状状态态3）被动动土土压压力力Ep：①墙推推土土②土体体达达到到被被动动极极限限平平衡衡状状态态三种不同性质的土压力◆4、不不同同类类型型土土压压力力需需满满足足的的条条件件第三三节节挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算5、路路基基挡挡土土墙墙的的土土压压力力考考虑虑1）主主动动土土压压力力与与被被动动土土压压力力的的区区分分：：假定定挡挡土土墙墙处处于于极极限限移移动动状状态态，，土土体体有有沿沿墙墙及及假假想想破破裂裂面面移移动动的的趋趋势势，，则则土土推推墙墙即即为为主动动土土压压力力，墙墙推推土土即即为为被动动土土压压力力。2）路路基基挡挡土土墙墙的的土土压压力力考考虑虑：：路基基挡挡土土墙墙一般般都都有有可可能能有有向向外外的的位位移移或或倾倾覆覆，，因因此此，，在在设设计计中中按按墙墙背背土土体体达达到到主主动动极极限限平平衡衡状状态态考考虑虑，，即即只只考考虑虑Ea，且且取取一一定定的的安安全全系系数数以以保保证证墙墙背背土土体体的的稳稳定定。。墙趾趾前前土土体体的被被动动土土压压力力Ep一般般不不计计。。第三三节节挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算墙背背倾倾斜斜形形式式仰斜斜、、直直立立和和俯俯斜斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3◆6、不不同同墙墙背背倾倾斜斜形形式式的的土土压压力力大大小小第三三节节挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算7、挡挡土土墙墙的的土土压压力力计计算算理理论论（1）朗肯肯土土压压力力理理论论1857年英英国国学学者者朗朗肯肯（（Rankine）从从研研究究弹弹性性半半空空间间体体内内的的应应力力状状态态，，根根据据土土的的极极限限平平衡衡理理论论，，得得出出计计算算土土压压力力的的方方法法，，又又称称极极限限应应力力法法。。（2）库仑仑土土压压力力理理论论1776年法法国国的的库库伦伦（（C.A.Coulomb）根根据据极极限限平平衡衡的的概概念念，，并并假假定定滑滑动动面面为为平平面面，，分分析析了了滑滑动动楔楔体体的的力力系系平平衡衡，，从从而而求求算算出出挡挡土土墙墙上上的的土土压压力力，，成成为为著著名名的的库库伦伦土土压压力力理理论论。。第三三节节挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算（3）朗肯肯理理论论的的基基本本假假设设：：①墙本本身身刚性性，因因此此，，不不考考虑虑墙墙身身的的变变形形；；②墙后后填填土土延伸伸到到无无限限远远处处，填填土土表表面面水水平平（（β=0）；；③墙背背垂直直光光滑滑（墙与垂垂向夹角角ε=0，墙与土土的摩擦擦角δ=0）。无粘性土粘性土第三节挡挡土墙墙土压力力计算（4）库伦理论论的基本本假设①墙后填土土为均匀匀的无粘性土土（c=0），填土土表面倾倾斜（β＞0）；②挡土墙刚性，墙背倾倾斜，倾倾角为ε；③墙面粗糙，墙背与与土本之之间存在在摩擦力力（δ＞0）；④滑动破裂裂面为通通过墙踵的平平面。（a）（b）（（c）库伦主动动土压力力计算图图式第三节挡挡土墙墙土压力力计算（5）分析方法法的异同同朗肯理论论和库伦伦理论都都是研究究土压力力问题的的简化方方法。它它们各有有其不同同的基本本假定、、分析方方法和适适用条件件。共同点：朗肯理论论和库伦伦理论均均属于极限状态态土压力力理论。用这两两种理论论计算出出的土压压力均为为墙后土土体处于于极限平平衡状态态下的主主动土压压力Pa和被动土土压力Pp。不同点：朗肯理论论从土体中中一点的极限平平衡状态态出发，，由处于于极限平平衡状态态时的大大小主应应力关系系求解（（极限应应力法））；库伦理论论根据墙背背与滑裂裂面之间间的土楔处于极限限平衡，，用静力力平衡条条件求解解（滑动动楔体法法）。。第三节挡挡土墙墙土压力力计算（6）适用条件件1）朗肯理理论的适适用条件件根据朗肯肯理论推推导的公公式，作作了必要要的假设设，因此此有一定定的适用用条件：：①填土表面面水平（（β=0），墙背背垂直（（ε=0），墙面面光滑（（δ=0）的情况况；②墙背垂直直，填土土表面倾倾斜，但但倾角β＞φ的情况；；③地面倾斜斜，墙背背倾角ε＞(45°°-φ/2）的坦墙墙；④L型钢筋混混凝土挡挡土墙；；⑤墙后填土土为粘性土或或无粘性性土。第三节挡挡土墙墙土压力力计算（6）适用条件件2）库伦理理论的适适用条件件下述情况况宜采用用库伦理理论计算算土压力力：①需考虑墙背摩擦擦角时，一般般采用库库伦理论论；②当墙背形形状复杂杂，墙后后填土与与荷载条条件复杂杂时；③墙背倾角角ε＜(45°°-φ/2）的俯斜斜墙；④数解法一一般只用用于无粘粘性土，，图解法法则对于于无粘性性土或粘粘性土均均可方便便使用。。⑤挡土墙一一般采用用库伦理理论第四节挡挡土墙墙的设计计原则1、挡土墙墙设计一一般规定定1）挡土墙墙类型应应综合考考虑工程程地质、、水文地地质、冲冲刷程度度、荷载载作用情情况、环环境条件件、施工工条件、、工程造造价等因因素；2）应根据据墙背渗渗水合理理布置排水水沟造物物。合理设设置伸缩缩缝和沉沉降缝。。3）挡土墙墙墙背填料料宜采用渗渗水性强强的砂性性土、砂砂砾、粉粉煤灰等等材料，，严谨采采用淤泥泥、膨胀胀土等；；4）挡土墙墙的顶面不宜占据据硬路肩肩、行车车道及路路缘带的的路基宽宽度范围围。第四节挡挡土墙墙的设计计原则1、挡土墙墙设计一一般规定定5）墙身构构造重力式挡挡土墙的的墙背坡度度一股采用用1:0.25仰斜，仰仰斜墙背背坡度不不宜缓于于1:0.3,俯斜墙背背坡度一一般为1:0.25~1:0.4；衡重式或或凸折式式挡土墙墙下墙墙墙背坡度度多采用用1:0.25~1:0.30仰斜，上上墙墙背背坡度受受墙身强强度控制制，根据据上墙高高度，采采用1:0.25~1:0.45俯斜。第四节挡挡土墙墙的设计计原则1、挡土墙墙设计一一般规定定6）排水措措施挡土墙排排水的作作用在于于疏干墙墙后土体体和防止止地表水水下渗后后积水，，以免墙墙后积水水致使墙墙身承受受额外的的静水压压力；减减少季节节性冰冻冻地区填填料的冻冻胀压力力；消除除粘性土土填料浸浸水后的的膨胀压压力。(1)设置地面面排水沟沟，截引引地表水水；(2)夯实回填填土顶面面和地表表松土，，防止雨雨水和地地面水下下渗，必必要时可可设铺砌砌层；(3)路堑挡土土墙趾前前边沟应应予以铺铺砌加固固，以防防边沟水水渗入基基础。第四节挡挡土墙墙的设计计原则1、挡土墙墙设计一一般规定定7）基础埋埋置深度度基础埋置置深度应应按地基基的性质质、承载载力的要要求、冻冻胀的影影响、地地形和水水文地质质等条件件确定。。挡土墙墙基础置置于土质质地基时时，其基基础深度度应符合合下列要要求：(1)基础埋置置深度不不小于lm;(2)受水流冲冲刷时，，基础应应埋置在在冲刷线线以下不不小于lm；(3)路堑挡土土墙基础础顶面应应低于边边沟底面面不小于于0.5m。(4)挡土墙基基础置于于斜坡地地面时，，其趾部部埋人深深度和距距地面的的水平距距离应符符合下表表的要求求。第四节挡挡土墙墙的设计计原则1、挡土墙墙设计一一般规定定7）基础埋埋置深度度◆2、挡土墙墙的设计计原则按“极限状态态分项系系数法”进行设设计，其其设计的的极限状状态分构构件承载力极极限状态态和正常常使用极极限状态态。（1）承载力力极限状状态：1）整个挡挡土墙或或挡土墙墙的一部部分失去去刚体平平衡;

2）挡土墙墙构件或或连接部部件因材材料承受受的强度度超过极极限而破破坏，或或因超过过塑性变变形而不不适于继继续承载载；3）挡土墙墙结构变变为机动动体系或或局部失失去平衡衡

极限限状态分分项荷载载系数见见表6-11第四节挡挡土墙墙的设计计原则◆2、挡土墙墙的设计计原则按“极限状态态分项系系数法”进行设设计，其其设计的的极限状状态分构构件承载力极极限状态态和正常常使用极极限状态态。（2）正常使使用极限限状态：1）影响正正常使用用或外观观变形；；2）影响正正常使用用的耐久久性局部部破坏；；3）影响正正常使用用的其他他待定状状态。极极限状状态的分分项荷载载系数除除Ep取0.5外，其余余均取1.0（3）合力偏偏心距计计算时的的极限状状态分项荷载载系数取取值同正正常使用用极限状状态。第四节挡挡土墙墙的设计计原则第五节挡挡土土墙设计计（1）抗滑稳稳定性验验算◆1、挡土墙墙稳定性性验算含：抗滑稳定定性验算算抗倾覆稳稳定性验验算目的：检查基底底在土压压力、自自重等作作用下的的摩阻力力抵抗挡挡土墙滑滑动的能能力。第五节挡挡土土墙设计计（1）抗滑稳稳定性验验算-保