路基路面工程第4章课件

边坡稳定性分析原理与方法陡坡路堤稳定性浸水路堤稳定性第四章路基边坡稳定性设计SlopeStabilityofSubgradeDesign重点学习要点：掌握直线法及分段圆弧法验算路堤边坡稳定性；了解陡坡路堤稳定性验算；了解河滩路堤稳定性验算；一般情况下，对于边坡不高的路基(不超过8.0的土质边坡，不超过12.0m的石质)边坡，可按一般路基设计，采用规定的边坡值，不做稳定性分析，地质与水文条件复杂，高填深挖或特殊需要的路基，应进行边坡稳定性分析计算，据此选定合理的边坡及相应的工程技术。注意：⑴通常按平面问题来处理。⑵松散的砂性土和砾（石）土在边坡稳定分析时可采用直线破裂法。空间问题平面问题⑶粘性土在边坡稳定分析时可采用圆弧破裂面法。第一节边坡稳定性分析原理与方法一.边坡稳定原理1、假设边坡稳定分析时，大多采用近似的方法，并假设：⑴不考虑滑动土体本身内应力的分布。⑵认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑。⑶极限滑动面(slidingsurface)位置需要通过试算来确定。第一节边坡稳定性分析原理与方法一.边坡稳定原理二.边坡稳定性分析的计算参数（一）土的计算参数对于路堑或天然边坡取：原状土的容重(unitweight)γ、内摩擦角(angleofinternalfriction)和粘聚力(adhesionstrength)。2.对于路堤边坡，应取与现场压实度一致的压实土的试验数据。3.边坡由多层土体所构成时：（4-1）（4-2）（4-3）第一节边坡稳定性分析原理与方法(三）汽车荷载当量换算边坡稳定分析时，需要将车辆按最不利情况排列，并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高，以ho表示：（4-4）式中：N—横向分布的车辆数（为车道数）；Q—每辆重车的重力，kN（标准车辆荷载为550KN）L—汽车前后轴的总距：汽-10级和汽-15级，L＝4.2m，汽-20级重车，L＝5.6m；汽-超20级L＝12.8mB—横向分布车辆轮胎最外缘之间的距离；b—轮距1.8m；m—相邻两辆车后轮中心距，1.3md—轮胎着地宽度；可以认为ho分布在整个路基宽度上第一节边坡稳定性分析原理与方法二.边坡稳定性分析的计算参数三.边坡稳定性分析方法力学分析法数解法图解法或表解法工程地质法：根据已成不同土类或岩体边坡的大量经验数据，拟定出路基边坡稳定值参考表，供设计参考，属实践经验的对比一般情况，土质边坡的设计，先按力学分析法进行验算，再以工程地质法予以校核，岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法，有条件时可以力学分析进行校核。第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法1.直线法适用性：适用于砂土和砂性土，土抗力以内摩擦力为主，粘聚力很小。

⑴路堤：由于砂性土粘聚力很小，可忽略不计则式（4-5）可表达为：（4-5）（4-6）K＝1时，滑动面土体处于极限平衡状态，此时路堤的极限坡度等于砂类土的内摩擦角，该角相当于自然休止角(angleofrepose)当内摩擦角大于边坡坡角，路基自然稳定，与高度无关第一节边坡稳定性分析原理与方法⑶成层砂类土边坡：（4-10）如果某一分块有换算土柱荷载，该分块应包括换算土柱荷载在内。稳定系数Kmin应大于1.25，但K值也不宜过大，以免造成不经济。第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法注意：例题：某挖方边坡已知现拟定边坡为1：0.5，试验算其稳定性第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法解：2.圆弧法适用性：粘性土的路堤与路堑。1）圆弧法的基本原理与步骤基本原理：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矩和抗滑力矩，然后叠加计算整个滑动土体的稳定性。计算精度：主要与分段数有关，分段越多越精确。基本假定：①一般假定土为均质和各项同性；②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。③滑动面通过坡角；第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法(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(skidresistantmoment)。滑动力矩：抗滑动力矩：（5）求稳定系数K值（4-11）第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法2）.确定极限滑动面再假定几个可能的滑动面，按上述步骤计算相应的稳定系数K，从中找出最小的稳定系数Kmin,对应的滑动面为极限滑动面，相应的稳定系数为极限稳定系数，其值应在1.25～1.5之间。当Kmin小于容许稳定系数时，则放缓边坡，再按上述方法进行计算稳定性验算。为了尽快地找到极限滑动面，减少计算量，根据经验，极限滑动圆心在一条直线上…第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法2）确定圆心辅助线由坡角E向下引竖线，在竖线上截取高度H=h+h0，得F点。自F点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得M点。连接坡角E和顶点S，求得SE的斜度i0=1/m，据此查表得β1和β2值。由E点作与SE成β1角的直线，由S点作与水平线成β2角的直线，两线相交得I点。连接I和M两点即得圆心辅助线。4.5H法一（最精确）第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法条分法的表解法：供工程设计估算使用，此法不计行车荷载，圆心位置用36°法确定，适当增大稳定性系数原理：将土条的高度、宽度、及弧长统一换算成边坡高度H的函数，即：式中AB为换算系数(查表)，与XYZ有关，即：第一节边坡稳定性分析原理与方法（一）

力学分析法例：已知某土坡试算土坡的稳定性。解：因m=1.5,查表的五个圆心的A、B值，式中AB为换算系数(查表)，与XYZ有关，即：第二节陡坡路堤稳定性当路堤修筑在陡坡上，且地面横坡度大于1：2.0或在不稳固的山坡上时，路基不仅要分析路堤边坡稳定性，还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。陡坡路堤滑动的几种可能：一.陡坡(heavygrade)路堤(embankment)2.折线滑动面法：Tn—第n个条块的自重Qn与荷载Pn的切线下滑力；Nn—第n个条块的自重Qn与荷载Pn的法向分力；En-1—上一个第n-1个条块传递而来的剩余下滑力。当最后的剩余下滑力≤0，认为稳定。第二节陡坡路堤稳定性二.陡坡路堤边坡稳定性分析方法当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，可将滑动面上土体折线段划分为若干条块，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正负值确定其整体稳定性。第三节浸水路堤稳定性一.渗透(seepage)动水压力的作用河滩路堤除承受外力及自重外，还要承受浮力(buoyancy)及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，所以当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（浸润线）成凹形；当水位下降时，浸润线成凸形。浸水路堤：修筑在桥头引道、河滩、河流沿岸，受到季节性或长期浸水的路堤实例三.浸水路堤(immerseablefill)边坡稳定性分析最不利情况：最高水位骤然降落采用圆弧法进行浸水路堤边坡稳定分析（4-16）第三节浸水路堤稳定性三.浸水路堤(immerseablefill)边坡稳定性分析第三节浸水路堤稳定性假想摩擦角法：适当改变填料的内摩擦角，利用非浸水时的方法，进行稳定性验算利用代替代入前述圆弧法中计算其稳定性浸水路堤设计时：合理选定路堤高度，（一般情况：H大于设计洪水位+安全高度0.5m,大河或水库路堤：H=设计洪水位+雍水高+波浪高+安全高度0.5）浸水部分采用较缓的边坡设护坡道、防护加固、设置导流结构物边坡稳定性分析三.浸水路堤(immerseablefill)边坡稳定性分析第三节浸水路堤稳定性返回第四节软土地基的路基稳定性分析指天然地基状态下，不采取任何加固措施，所容许的路基最大填土高度1.均