路基边坡稳定性分析（铁路路基）

第四章路基边坡稳定性分析4.2路基边坡稳定性分析方法4.3浸水路堤边坡稳定性分析4.1概论4.4路基边坡抗震稳定性分析第一节概论一、土坡具有倾斜坡面的土体天然土坡人工土坡土质土坡岩质土坡分类岩性形成条件第一节概论二、边坡破坏类型无论是路堤、路堑还是其他形式的边坡，都是对原有的工程地质环境进行了不同程度的改造而形成的新边坡。新边坡的形成实际上就是打破原有的平衡环境，建立新平衡的过程，在这个过程中常出现路基失稳破坏现象。路基的崩塌、坍塌、滑坡或沉落等失稳现象统称为路基边坡滑塌。第一节概论二、边坡破坏类型土坡沿土中已存在的软弱滑动面滑动的情形，即滑坡（Landslide）；软弱地基上的路堤失稳；一般土质边坡的失稳。第一节概论二、边坡破坏类型第一节概论二、边坡破坏类型第一节概论二、边坡破坏类型第一节概论二、边坡破坏类型第一节概论二、边坡破坏类型广东省深圳市光明新区凤凰社区恒泰裕工业园发生山体滑坡，滑坡覆盖面积约38万平方米，造成33栋建筑物被掩埋或不同程度受损，69人死亡。第一节概论三、边坡失稳原因分析1.边坡失稳的本质

土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。

边坡稳定性，可归结为土的强度问题，即土中一点的剪应力是否大于土的抗剪强度。如果土中形成了一系列极限平衡点或破裂点并逐渐相连时，就形成了可能的破裂面，从而产生了破裂面以上土体整体失稳的现象，具体而言有溜坍、整体滑移等现象。核心问题：确定滑面上的应力条件第一节概论三、边坡失稳原因分析2.土体失稳影响因素内因：土的性质外因：边坡的高度、陡度、地形、地质、水文、气象等。物理性质：γ、w、级配等。力学性质：强度、变形、渗透性。第一节概论三、边坡失稳原因分析3.路基边坡稳定性分析的目的验算路基边坡的断面是否稳定合理；

过陡可能发生滑坡

过缓会增加土石方量根据路基边坡预定的高度、土的性质等已知条件设计合理的路基边坡断面。第一节概论三、边坡失稳原因分析4.路基边坡稳定性分析的基本参数(1)土的重度r（kN/m3）；(2)土内摩擦角；(3)土的粘聚力(kPa)；(4)水位线位置；(5)地震设防烈度。为确保稳定性分析结果的正确，应通过将试验、测试结果与经验值相结合的方法来计算分析。第一节概论三、边坡失稳原因分析4.路基边坡稳定性分析的基本参数（1）土质边坡稳定性验算参数确定按照填筑、开挖的区分可划分为路堤和路堑两个基本类型。对路堑和天然土坡，试验时应取原状土；对路堤应取与现场压实情况一致的压实土来进行试验。（2）多层土体的参数计算应按照土层的实际参数取值，一般的设计研究可通过专业模拟程序对多层土进行模拟计算，对于手工计算和快速判定及估算采用不同土层加权平均的方法来计算。第一节概论三、边坡失稳原因分析4.路基边坡稳定性分析的基本参数（3）经验值选用在边坡稳定性分析中，除了根据勘察、室内外试验结果进行计算外，还可依据基本土性特征选用对应的经验值予以计算。将试验结果与经验值相结合是对土性判定的一个基本方法，因为试验结果往往变异性较大而无法真正反映土性的变化情况。结合经验值既可以检验试验结果的合理性，也可以充分利用积累的工程经验。但该方法不适用于永久性边坡稳定性分析，同时应严格注意土性参数经验值的适用范围。第二节路基边坡稳定性分析方法一、路基边坡稳定性分析方法概述稳定性分析方法定性分析定量分析自然（成因）历史分析法工程地质类比法专家数据库方法图解法与表解法基于极限平衡原理分析方法塑性极限分析法数值分析法第二节路基边坡稳定性分析方法一、路基边坡稳定性分析方法概述路基边坡稳定性分析方法

在边坡稳定计算方法中，通常采用整体的极限平衡方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不同的分析模式。边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同：粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形；细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形；滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。第二节路基边坡稳定性分析方法一、路基边坡稳定性分析方法概述路基边坡稳定性分析方法滑动面形状第二节路基边坡稳定性分析方法一、路基边坡稳定性分析方法概述路基边坡稳定性不确定性分析随着科技的进步与理论研究的深入，研究人员意识到边坡稳定性分析中还存在许多不确定性因素，主要的分析方法有：概率分析法、人工神经网络分析法、模糊综合评判法和灰色系统理论分析法等。第二节路基边坡稳定性分析方法一、路基边坡稳定性分析方法概述路基边坡稳定性分析方法安全系数

第二节路基边坡稳定性分析方法一、路基边坡稳定性分析方法概述路基边坡稳定性分析方法路基边坡稳定性分析一般过过程简化工程实际问题，假定计算模型；受力分析；定义安全系数FS；推导FS计算公式；

FS≥[FS]。第二节路基边坡稳定性分析方法二、直线滑动面法

当边坡材料为均质砂性土坡、透水的砂、砾、碎石土时，如边坡破坏，其破裂面近似平面，在断面上近似直线，此时为了简化计算，稳定性分析采用直线破裂面法。ATLBCWN一砂性边坡示意图，坡高H，坡角β，土的容重γ，抗剪强度指标为c、φ。AC面为土坡破坏时的滑动面。第二节路基边坡稳定性分析方法二、直线滑动面法1.计算假定：

土坡破坏时其破裂面近似平面，在横断面上的投影近似直线。沿边坡纵向截取一个单位长度简化为平面问题分析。ATLBCWN第二节路基边坡稳定性分析方法二、直线滑动面法2.受力分析：已知滑体ABC重W，滑面的倾角为α，考虑滑体在滑动方向上的受力。第二节路基边坡稳定性分析方法二、直线滑动面法3.安全系数：一般情况，Fs≥1.25；特殊情况可允许Fs≥1.15。第二节路基边坡稳定性分析方法二、直线滑动面法极限破裂角——破裂面的确定（试算法）1、先假定路堤边坡值；2、然后通过坡脚A点，假定3到4个可能的破裂面，求出相应的稳定系数Ki值，得到关系曲线；3、在其上找到最小稳定系数及其对应的极限破裂角。第二节路基边坡稳定性分析方法二、直线滑动面法对于c＝0的砂性土坡，其安全系数表达式则变为：当α＝β时，Fs值最小，说明边坡表面的土最容易滑动。当Fs＝1时，β＝φ，表明边坡处于极限平衡状态，

β角称为休止角，也称安息角。第二节路基边坡稳定性分析方法三、不平衡推力法对于位于斜坡地基或沿软弱层带滑动的路堤应采用不平衡推力法计算其边坡的稳定系数Fs，并要求此安全系数不得小于1.3。求坡体安全系数时，先假设安全系数K为1，然后从坡顶的一条开始逐条向下推求Pi，直至求出最后一条的推力Pn，

Pn必须为零，否则要重新假定安全系数，重新计算。第二节路基边坡稳定性分析方法三、不平衡推力法第二节路基边坡稳定性分析方法整体圆弧法NfWROBd假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况：

滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比

CA第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法对于黏性土所构成的路基边坡，由于黏性土中黏聚力的作用，边坡滑坍时的破裂面形状根据土体极限平衡理论，可以导出均质粘性边坡的滑动面为对数螺线曲面，形状近似于圆柱面。为简化计算通常近似将之取为一圆弧滑动面并采用条分法予以计算。在规范中所推荐使用的瑞典法、简化Bishop法均为基于极限平衡原理的圆弧条分法。第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法该方法先假定有若干剪切破坏面，然后将破坏面之上的土体分成若干垂直土条在分条确定后，对作用于各土条上的力和力矩进行平衡分析，求出在极限平衡状态下的土体安全系数，并通过一系列方法确定最危险滑裂面位置和最小安全系数。基本假定：滑动体为刚性楔体；滑动体内部内应力不计，即不计滑动面以外的土体位移所产生的作用力；极限平衡只在滑动面上达到。安全系数第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法圆弧条分法受力分析Wi为土条的自重，其中γ为土的容重，A为土条的断面面积b法向分力Ni切向分力Ti即下滑力自重Wi为保证计算精度，并避免步骤繁琐，一般取条宽为1～3米。任意第i条第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法圆弧条分法受力分析由库仑公式有：为第i条的滑弧长法向力抗滑力第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法圆弧条分法受力分析忽略土条两侧的条间力影响,将作用在各段滑弧上的力对滑动圆心取矩，得到抗滑力矩和滑动力矩的总和。抗滑力矩之和滑动力矩之和第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法安全系数FS危险滑面确定在使用圆弧条分法作边坡稳定检算时：关键是确定最危险滑面。2.寻求与危险圆弧滑动面形成部位相应的圆心点的规律。1.要寻求危险圆弧滑动面在路堤横断面形成的部位。第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法滑动面出现的位置1.当地基的承载力低时，路堤的危险圆弧常可切入地基内，圆弧滑动面可能在坡脚及坡脚以外出现。2.在地基稳固，边坡坡度取1：1.5或更缓时，堤身内的滑动圆弧下端常出现在坡脚。3.在边坡较陡或填料强度较低以及边坡高度较高的情况下，圆弧的下端可能出现在边坡面上。第二节路基边坡稳定性分析方法四、圆弧条分法危险滑面确定第二节路基边坡稳定性分析方法4.5H法：当土坡内摩擦角φ＝0时，危险圆心的轨迹线在坡度变化和土质变化时,可归结为如图所示的OE线及其延伸直线上。O点为危险圆弧通过坡脚时的危险圆心，引出线绘法如右图所示。危险圆心轨迹线第二节路基边坡稳定性分析方法危险滑面确定黏土土坡危险圆心的引出线角土坡坡度β1β21:0.529.5°40°1:0.7529°39°1:128°37°1:1.2527°35.5°1:1.526°35°1:1.7526°35°1:225°35°1:2.2525°35°1:2.525°35°1:325°35°1:525°37°第二节路基边坡稳定性分析方法危险滑面确定36°线法：在铁路路基设计中，从换算土柱的顶缘直接引一条与水平面成36°的直线为检算圆心的轨迹线，常称36°线法。危险圆心轨迹线第二节路基边坡稳定性分析方法危险滑面确定第二节路基边坡稳定性分析方法五、简化毕肖普法在圆弧条分法的基础上，改进安全系数的定义，考虑条间力的作用，使得分析结果更为完善第二节路基边坡稳定性分析方法五、简化毕肖普法

原理与特点假设滑裂面为圆弧不忽略条间作用力在每条的滑裂面上满足极限平衡条件每条上作用力在y方向（竖直）上静力平衡总体对圆心O力矩平衡 第二节路基边坡稳定性分析方法五、简化毕肖普法则安全系数为当土条i滑弧位于地基中时第二节路基边坡稳定性分析方法五、简化毕肖普法当土条i滑弧位于路堤中时第二节路基边坡稳定性分析方法粘性土坡稳定性分析方法比较条分法检算确定下图路堑边坡的稳定性。图示滑弧为最危险滑弧，各土条的有关数据如图中所示，图中各条斜线上、下的数字分别为作用在该滑面上的法向分力N和切向分力T（单位：kN/m）。要求的稳定系数为1.2。算例第二节路基边坡稳定性分析方法解：抗滑：下滑：安全系数：第二节路基边坡稳定性分析方法一、浸水对路堤边坡的影响浸水路堤是指受季节性或长期浸水作用的沿河沿海路堤、河滩路堤及桥头引道等。由于路堤填料具有渗透性的特点，故外界水可进入路堤体内，路堤浸水后除承受普通路堤所承受的列车荷载及自重荷载作用外，还要承受浮力及渗透动水压力的作用，从而对浸水路堤边坡的稳定性产生相应的影响。第三节浸水路堤边坡稳定性分析一、浸水对路堤边坡的影响1.水位升降对路堤边坡的影响浮力与动水压力2.水位变化对填料的影响渗透水流带走细颗粒，引起路堤变形，甚至发生管涌、坍塌等。水改变填土的含水率，影响填土的抗剪强度。浮力使得填土有效重度减小。第三节浸水路堤边坡稳定性分析二、浮力和动水压力计算1.浮力在浸水路堤的水位线以下部位，路堤填料均会受到水浮力的作用和影响，因此在涉及水位线以下路堤填料的重度计算时均应采用浮重度指标。浮重度等于路堤填料的饱和重度减去水的重度。。第三节浸水路堤边坡稳定性分析二、浮力和动水压力计算2.动水压力计算当浸水路堤边坡内外存在水位差或外界水位变化时，在压力水头的作用下会产生渗流现象，从而产生相应的动水压力作用。对于采用砂砾石、粗砂、碎石等大粒径填料填筑的路堤，由于具备良好的透水性，动水压力可迅速地消散，因此一般可不计动水压力的影响；对于细粒土填料，尤其是黏性土填料填筑的浸水路堤，由于其渗透性较差必须考虑动水压力的影响。第三节浸水路堤边坡稳定性分析三、假想摩擦角法稳定性计算假想摩擦角法是一种简化算法。该方法是通过适当改变路堤填料的内摩擦角，利用非浸水条件的计算方法分析浸水路堤的稳定性。第三节浸水路堤边坡稳定性分析浸水路基总强度：四、浸水路堤边坡条分法计算浸水路堤边坡稳定性分析按最不利情况计算，即外界水位快速升降变化时的边坡稳定性分析。与非浸水状态的差别在于划分的土条为浸水和干燥两部分，浸水部分考虑浮力与动水压力作用。第三节浸水路堤边坡稳定性分析四、浸水路堤边坡条分法计算第三节浸水路堤边坡稳定性分析将渗透力简化为一集中力，作用于滑体上的总渗透力为：J=γwIA四、浸水路堤边坡条分法计算第三节浸水路堤边坡稳定性分析安全系数可以偏安全考虑，取d=R。四、浸水路堤边坡条分法计算计算参数选取：（1）一般黏性土及均质粉、细砂采用快剪试验值。外界水位变化时考虑相应的动水压力。（2）砂砾、碎石等大粒径填料，不考虑动水压力和黏聚力。（3）不透水或透水性极小的黏土，不考虑动水压力。第三节浸水路堤边坡稳定性分析一、地震及地震危害第四节路基边坡抗震稳定性分析地震：又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震成因：地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地面震动的主要原因。一、地震及地震危害震级是表征地震强弱的量度，是划分震源放出的能量大小的等级。单位是“里氏”，通常用字母M表示，它与地震所释放的能量有关。释放能量越大，地震震级也越大。震级每相差1.0级，能量相差大约32倍；每相差2.0级，能量相差约1000倍。也就是说，一个6级地震相当于32个5级地震，而1个7级地震则相当于1000个5级地震。目前世界上最大的地震的震级为9级。我国将不同的地震烈度划分为12个等级。第四节路基边坡抗震稳定性分析一、地震及地震危害地震发生时会产生多种地震波，但主要有P波和S波。P波的传播速度较快，破坏性较小；S波传播速度较慢，却是引起破坏的主要原因。地震预警：可以利用电磁波和地震波、P波与S波之间的速度差，在地震已经发生而破坏性的地震波尚未到达之前的数秒至数十秒间发出地震警报，通知正在行驶的高速列车减速或停车，避免造成安全事故。地震破坏线路、桥梁、隧道等铁路构筑物，容易使高速行驶的列车发