第08章路基动力特性与稳定性分析

网络精品课程铁路路基工程铁路路基设计荷载主讲：舒玉路基动力特性与稳定性分析路基设计荷载•路基荷载–作用在路基面上应力•静荷载：线路上部结构作用•列车活载：列车轮载–客货共线：中—活载–客运专线：ZK活载换算土柱法•换算土柱法–路基面静载和活载换算成作用相同土体静荷载–分布宽度•有砟轨道•无砟轨道–换算高度客货共线铁路路基设计荷载•影响因素–铁路等级–轨道类型–设计行车速度–轨道条件–基床表层填料•客货共线铁路路基荷载设计值客运专线路基荷载•客运专线路基面设计荷载–分析方法同客货共线铁路–荷载设计值(TB10621-2014)•客运专线路基面动应力–研究，计算公式–设计值：100KPa运架梁车荷载•换算方法–公路路基设计手册边坡稳定性分析简介•路基边坡类型–天然边坡–人工边坡•边坡稳定性分析方法–定性分析方法•地质分析法（历史成因分析法）•工程地质类比法–定量评价方法•极限平衡法：条分法、圆弧法、Bishop法、Janbu法、不平衡传递系数法•数值分析方法边坡稳定性分析方法•影响因素–P235•分析方法–直线破裂面–折线破裂面–圆弧破裂面直线破裂面•概述–边坡破坏时破裂面近似平面–适用范围•均质砂性土，透水的砂、砾、碎石土•主要由内摩擦角控制强度的边坡•计算方法–试算法–解析法折线破裂面•概述：（称剩余推力法或不平衡推力法）–适用范围：斜坡地基或沿软弱层带•分析计算方法•分块受力分析•各分块按极限平衡原理进行稳定性分析•分析第1块剩余推力折线破裂面法分析步骤11111111cossintgWlcWFEs折线破裂面法分析步骤121222222222212112221121122222222cossin则：)sin()cos(令：)sin()cos(cossinEtgWlcWFEtgtgEEtgWlcWFEss•第2块，E10,计入其对第2块的作用•同理计算任一块Ei•注意：–每一块剩余推力大于0，才影响下一块–剩余推力小于0，说明此前所有块是稳定的，从下一块再计算–某块滑动面倾向与滑动方向相反，其滑动力Ti应为负值，计算时将αi取负值即可•最后一块的剩余推力–小于0，稳定–大于0，支挡结构设计折线破裂面法分析步骤折线破裂面法分析步骤•例题圆弧破裂面•适用范围–黏性土自然土坡、人工填筑或开挖的边坡•瑞典圆弧法–φ=0–均质黏性土边坡圆弧破裂面•瑞典条分法–滑动土体分成土条–土条假定为刚体–忽略条间力圆弧破裂面•最危险圆弧滑动面确定毕肖普法•条分法–任一土条受力为静不定问题–稳定系数偏小•毕肖普–补充两个假设条件•忽略土条间竖向剪切力•对滑动面上的切向力大小作了规定–同样不满足所有平衡条件，也不严格毕肖普法•计算注意要点–试算–参数ｍ≤0.2，误差较大。毕肖普法不可行•土条θ为负值，参数ｍ趋近于零，N会趋于无限大–坡顶土条θ很大，N＜0，可取N=0路堤稳定性分析•路堤稳定性类型–路堤堤身稳定性–路堤和地基的整体稳定性–路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性•路堤稳定性分析内容–计算参数选用–路堤稳定安全系数–路堤和地基的整体稳定性分析–复式滑面稳定性计算参数选用•基本技术要求–应根据土工试验和原位测试成果，并结合当地经验综合确定•路堤填料物理力学指标–应根据试验资料确定–无试验资料参考表3-27经验数据计算参数选用•天然地基抗剪强度指标–影响因素•地基土应力状态及变化速率、排水条件和应变条件•地基处理方法、施工速度、施工阶段、岩土性质–试验方法计算参数选用•复合地基强度参数–散体材料桩的复合抗剪强度指标–柔性桩复合地基路堤稳定安全系数•安全系数确定–分析计算方法–分析阶段•施工期：施工荷载主要是指架运梁机荷载•运营期：路基竣工铺轨后最不利工况条件–斜坡软弱地基路堤路堤和地基的整体稳定性分析•分析方法–瑞典条分法•不考虑固结•考虑固结复式滑面稳定性•适用条件–地基中存在软弱土层–路堤位于斜坡地基或存在软弱滑动带地基•分析方法–不平衡推力法路堑边坡稳定性分析•即天然边坡稳定性分析•路堑边坡稳定性分析方法确定–规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡采用瑞典条分法或简化Bishop计算；–直线形破坏边坡宜采用平面滑动面法计算–折线形破坏的边坡宜采用不平衡推力法计算–结构复杂岩质边坡，采用赤平投影法和实体比例投影法分析及锲形滑动面法进行计算–边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法分析黏性土路堑边坡稳定性分析•圆弧法分析•考虑裂缝深度•考虑裂缝深度范围静水压力岩石路堑边坡稳定性分析•定性分析•定量分析–边坡极限高度–岩体结构面摩擦角浸水路堤边坡稳定性分析•浸水路堤–设计水位以下受水浸泡的河滩、滨河及滨海路基和穿越积水洼地、池塘等地段的路堤–按浸水时间长短•长期浸水，基床病害或列车振动液化•季节性浸水，一般时间较短–渗透力影响•管涌破坏：极端情况•稳定性分析：稳定渗流期浸水路堤边坡稳定性分析•分析方法：圆弧法•渗透力的分析方法–替代容重法•浸润线以上：不考虑•渗透部分：饱和重度，水下抗剪强度•低水位以下：浮重度，水下抗剪强度–工程简化法•渗透力：滑动力•水位以下均采用饱和重度浸水路堤边坡稳定性分析•浸水路堤–设计水位以下受水浸泡的河滩、滨河及滨海路基和穿越积水洼地、池塘等地段的路堤–按浸水时间长短•长期浸水，基床病害或列车振动液化•季节性浸水，一般时间较短–渗透力影响•管涌破坏：极端情况•稳定性分析：稳定渗流期边坡稳定性抗震分析•震级：衡量一次地震规模大小的数量等级–地震仪记录地面运动的振动幅度来测定–震级等级地震烈度•地震烈度：衡量地震影响和破坏程度的尺度–烈度与震级区别•震级只与地震释放能量有关，烈度以人的感觉、器物反应、房屋等结构和地表破坏程度等综合评定•震级反映地震本身大小，烈度反映地震后果•一次地震后，不同地点烈度会受到震级、震中距、震源深度、地质构造、场地条件等多种因素影响–震中烈度与震级的对应表地震烈度•场地–工程群体所在地，具有相似反应谱特征•我国地震烈度技术标准•烈度分布图•烈度异常区铁路工程抗震基本概念•抗震设防烈度•铁路工程地震动水准•抗震设计•铁路工程抗震性能要求抗震设防烈度•抗震设防烈度–按国家规定权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度•设计地震动参数–地震动峰值加速度•抗震设防烈度和地震动峰值加速度对应关系–地震动反应谱特征周期铁路工程地震动水准•多遇地震–重现期50年，地震动峰值加速度取0.33Ag•设计地震–重现期为475年，地震动峰值加速度取1.0Ag•罕遇地震–重现期为2475年，地震动峰值加速度取2.1Ag抗震设计•抗震设计：抗御地震灾害的工程设计–抗震验算–抗震措施：•地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容•抗震构造措施–根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求铁路工程抗震性能要求•铁路工程抗震设防目标–性能要求I•地震后不损坏或轻微损坏，能够保持其正常使用功能；结构处于弹性工作阶段；–性能要求Ⅱ•地震后可能损坏，经修补，短期内能恢复其正常使用功能；结构整体处于非弹性工作阶段：–性能要求Ⅲ•地震后可能产生较大破坏，但不出现整体倒塌，经抢修后可限速通车：结构处于弹塑性工作阶段铁路路基抗震设防目标及分析方法•路基抗震设防目标–抗震性能要求Ⅱ•分析方法–仍采用静力法–按设计地震验算其强度和稳定性–采取相应的抗震措施路基工程抗震验算范围•影响因素–铁路等级、构筑物重要性及修复难易程度•确定原则–预防为主、保证重点•铁路路基工程抗震设计范围–6度以上地区Ⅱ级以上铁路路基应进行抗震设计–大于9度的地区应做专门研究–重点：重力式挡墙、路堑、一般土填筑路堤路堤稳定性验算范围•影响因素–抗震设防类别•地震强度–工程地质及水文地质条件–路堤高度–填料的性质•宏观震害调查路堑抗震稳定性验算范围•影响因素–抗震设防类别•地震强度–工程地质及水文地质条件–路堑边坡高度–填料的性质•宏观震害调查路基结构抗震受力分析•计算力系•力系组合–地震荷载组合机率路堤与地基抗震稳定性验算•水平地震力计算•抗震稳定安全系数计算