第四章-路基边坡稳定性设计1

第四章路基边坡稳定性设计《路基路面工程》课程第四章路基边坡稳定性设计•第一节边坡稳定性分析原理与方法•第二节直线滑动面的边坡稳定性分析《路基路面工程》课程第一节边坡稳定性分析原理与方法《路基路面工程》课程一、边坡破坏的机理1、土体强度破坏；2、受水侵蚀；3、设计施工不当；4、荷载过大；5、地震或其它自然因素；均由剪切破坏引起一般情况下：不超过8.0mm土质边坡；不超过12m的石质边坡、采用规定的坡度值，不做稳定性分析。1.土坡稳定分析的方法•直线法；•曲线法；•折线法；2.岩石路堑边坡的分析方法定性分析确定失稳的范围和滑动面定量力学计算3.边坡稳定性分析方法1）力学分析法数解法：假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分析，从中找出极限滑动面，按此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此法较精确，但计算较繁琐。直线法：直线法适用于砂土和砂性土土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力甚小。边坡破坏时，破裂面近似平面。圆弧法：圆弧法适用于粘性土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。图解或表解法：在计算机和图表分析的基础上，制定成图或表，用查图或查表法进行边坡稳定性分析。此法简单，但不够精确。2）工程地质法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。4.边坡稳定性分析的计算参数1）土的计算参数对路堑或天然边坡：原状土的容重、内摩擦角、粘聚力对路堤边坡：压实后土的容重、内摩擦角、粘聚力niiniiinnnhhchhhhchchcc11212211niiniiinnnhtghhhhtghtghtghtg11212211niiniiinnnhhhhhhhh11212211路基边坡的力学计算（稳定系数）111k＞，稳定抗滑力（矩）＝＝，临界下滑力（矩）＜，不稳定为了安全k一般取1.2~1.25；间的距离，每一车辆的轮胎外缘之其中：；缘之间总距，横向分布车辆轮胎最外；级重车，，汽级，级和汽对汽；的总距，汽车前后轴（或履带）；路基填料的容重，；每一辆车的重力，；双车道车道横向分布的车辆数，单mbdNNbBmBmLmLmLmKNKNQNNN)1(6.5202.41510/2,13BLNQh0第二节直线滑动面边坡稳定性分析1．直线法适用范围：直线法适用于砂土和砂性土(两者合称砂类土)，土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力甚小。边坡破坏时，破裂面近似平面。一、试算法•先假定路堤边坡值，然后通过坡脚A点•假定3～4个可能的破裂面ωi，如图4-3b，求出相应的稳定系数Ki值•得出Ki与ωi的关系曲线，如图4-3c•在K=f(ω)关系曲线上找到最小稳定系数值Kmin，及对应的极限破裂面倾斜角ω值。•砂性土：c=0•若取k=1.25，则•其边坡角的正切值不宜大于填料摩擦系数的0.8倍。•当填料时，•如果边坡采用1：1.5，边坡角•由于边坡稳定二、解析法现以路堑为例，不计行车荷载，计算图示如图：第三节曲线滑动面边坡稳定性分析一、条分法2．圆弧法（1）适用范围l圆弧法适用于粘性土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。适用于边坡有不同的土层、均质土边坡，部分被淹没、均质土坝，局部发生渗漏、边坡为折线或台阶形的粘性土的路堤与路堑。（2）假定•假定土为均质和各向同性；•滑动面通过坡脚；•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，土条不受侧向力作用，或虽有侧向力，但与滑动圆弧的切线方向平行（3）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和抗滑力，然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性。•圆弧法的计算精度主要与分段数有关。分段愈多则计算结果愈精确，一般分8～10段。•小段的划分，还可结合横断面特性，如划分在边坡或地面坡度变化之处，以便简化计算。（4）步骤•通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，其半径为R，沿路线纵向取单位长度1m。将滑动土体分成若干个一定宽度的垂直土条，其宽一般为2～4m，如图4-6所示。•计算每个土条的土体重Gi(包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内)。Gi可分解为垂直于小段滑动面的法向分力Ni=Gicosαi和平行于该面的切向分力Ti＝Ｇisinαi，其中αi为该弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间的夹角，i＝(其中xi为圆弧中心点距圆心竖线的水平距离，R为圆弧半径)•计算每一小段滑动面上的反力(抵抗力)，即内摩擦力Nif(其中f=tgi)和粘聚力cLi（Ｌi为i小段弧长)。•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•求稳定系数K值1、4.5H法一2、4.5H法二h1O4O3GHHh0O2O1FE4.5H边坡坡度边坡角β1β21:0.560°00'29°40°1:145°00'28°37°1:1.530°40'26°35°1:226°34'25°35°1:318°26'25°35°1:414°03'25°36°1:511°19'25°37°圆心辅助线36°法Ao1K36°HBniiniiinnnhhchhhhchchcc11212211niiniiinnnhtghhhhtghtghtghtg11212211niiniiinnnhhhhhhhh11212211二条分法的表解和图解•此方法不计行车荷载,圆心位置用36°法确定,稳定系数适当增大。•1.表解法边坡坡度滑动圆弧的圆心O1O2O3O4O5ABABABABAB1:12.345.791.876.001.576.571.407.501.248.801:1.252.646.052.166.351.827.031.668.021.489.651:1.53.066.252.546.502.157.151.908.331.7110.101:1.753.446.352.876.582.507.222.188.501.9610.411:23.846.503.236.702.807.262.458.452.2110.101:2.254.256.643.586.803.197.272.848.302.539.801:2.54.676.653.986.783.537.303.218.152.859.501:2.754.996.644.336.783.867.243.598.023.209.211:35.326.604.696.754.247.233.977.873.598.81A3.062.542.151.901.71B6.256.507.158.3310.10K1.601.411.291.261.29圆心项目Q1Q5Q4Q3Q22.图解法