第三章-边坡稳定性分析

第三章边坡稳定性分析第一节概述路基在常年大气雨雪的作用下，土的粘聚力和内摩擦角减小，边坡可能出现滑坍失稳。因此，高填深挖路基、桥头引道和沿河路堤等都要作稳定性验算。KPac20~5一、边坡稳定原理与方法（一）边坡稳定原理1、破裂面（1）用力学方法进行边坡稳定性分析时，为简化计算，都按平面问题处理（2）松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，破裂面近似直线破裂面法。（3）粘性土粘聚力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动面为圆柱形、碗形，近似于圆曲面，采用圆弧破裂面法2、在进行边坡稳定性分析时，近似方法并假定（1）不考虑滑动主体本身内应力的分布（2）认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动主体整体下滑（3）极限滑动面位置通过试算来确定二、边坡稳定性分析的计算参数路堑：天然土层中开挖，土类别、性质天然生成的路堤：人工填筑物、填料性质和类别多为人为因素控制，对于土的物理力学数据的选用以及可能出现的最不利情况，力求能与路基将来实际情况一致。（一）所需土的试验资料：1、对于路堑或天然边坡取：原状土的容重r，内摩擦角Φ，粘聚力c2、对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数据。r、Φ、c同上※路堤各层填料性质不同时，所采用验算数据可按加权平均法求得。（二）边坡稳定分析的边坡取值边坡稳定分析时，对于折线形边坡或阶梯形边坡，在验算通过坡脚破裂面的稳定性时，一般可取坡度平均值或坡脚点与坡顶点的连线坡度。路基承受自重作用、车辆荷载（按车辆最不利情况排列，将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度h0）h0称为车辆荷载的当量高度或换算高度。（三）汽车荷载当量换算当量土柱高度的计算公式为：荷载分布宽度：⑴可分布在行车道宽度范围内⑵考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，也可认为Ｈ1厚当量土层分布于整个路基宽度上。第二节路基稳定性分析与设计验算一、边坡稳定性分析方法：※力学分析法：1、数解法—假定几个滑动面力学平衡原理计算，找出极限滑动面。2、图解或表解法—在计算机或图解的基础上，制定图或表，用查图或查表来进行，简单不精确。㈠力学分析法：直线法—适用于砂土和砂性土（两者合称砂性土）破裂面近似为平面。圆弧法—适用于粘性土，破裂近似为圆柱形（一）直线法：K值一般取1.25~1.525.1minK（二）圆弧法粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面（二）圆弧法1、条分法：①将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条②依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力③叠加计算整个土体的稳定性计算精度与分段数有关越大越精确，一般为8～10段。结合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算。假定：（1）土体均质，各向同性（2）滑动面通过坡脚（3）不计各土条间侧向力的作用※1、圆弧法基本步骤：①通过坡脚任意选定可能滑动面AB，半径为R，纵向单位长度，滑动土体分条（5~8）②计算每个土条重Gi（土重、荷载重）垂直滑动面法向分力③计算每一段滑动面抵抗力NitgΦ（内摩擦力）和粘聚力cLi（Li为I小段弧长）④以圆心o为转动圆心，半径R为力臂。计算滑动面上各点对o点的滑动力矩和抗滑力矩。RTTMii)(滑动⑤求稳定系数k⑥再假定几个可能的滑动面，计算相应k值在圆心辅助线MI上绘出，稳定系数k1，k2……kn对应于O1,O2……On的关系曲线K=f（O）与曲线f（O）相切即为极限滑动面kmin在1.25～1.5之间⑦稳定系数k取值[k]=1.25～1.50当计算k小于容许值[k]应放缓边坡，重新拟订横断面，再按上述方法进行边坡稳定性分析2、危险圆心辅助线的确定（1）4.5H法①由坡脚E向下引垂线量取路堤高H②由F沿水平线量取4.5H设M③计算平均边坡io，并连接ES虚线，在E点作与边坡夹角β1，S点作与水平线夹角β2的两直线EI、SI交与I点④连接MI并向外延伸，则此线即为圆心辅助线，4.5H法精确，用于分析重要建筑物的稳定性（2）36º法方法：坡顶E处作与坡顶水平线成36º的直线EF二、浸水路堤稳定性分析1、河滩路堤受力：普通路堤外力、自重、浮力（受水浸泡产生浮力）、渗透动水压力（路堤两侧水位高低不同时，水从高的一侧渗透到低的一侧产生动水压力）最不利情况：水位降落时动水压力指向河滩两侧边坡，尤其当水位缓慢上涨而集聚下降时，对路堤最不利。二、浸水路堤稳定性分析2、渗透动水压力的计算3、河滩路堤边坡稳定性验算。河滩路堤最不利情况：最高洪水位骤然降落时通常采用圆弧法（条分法）计算公式如下：注意情况：1、砾石、片石等无粘性透水材料填筑的路堤水位变化时，不发生动水压力D=0，C=0，Cb=02、用不透水或透水极小的粘性土填筑的路堤水位变化时，不发生动水压力D=03、用一般粘性土（亚粘土、亚砂土）填筑的路堤水位变化时，堤身产生动水压力必须绘制浸润曲线（假定为直线，坡度为降落曲线的平均坡度）用前式计算4、河滩路堤的安全系数，一般规定不小于1.25，按最大洪水位验算时，其安全系数可采用k≥1.15三、陡坡路堤稳定性验算（一）陡坡路堤地面横坡陡于1：2.5，需验算路堤边坡的稳定性以预防路堤沿地面陡坡下滑。下滑原因：地面横坡较陡、基底土层软弱、强度不均匀，以及地面水或地下水的共同作用，导致路堤下滑力增大，接触面或软弱面土体抗剪强度显著降低。滑动面可分为：路堤沿基底接触面滑动路堤连同基底下的山坡覆盖层沿基岩面下滑（二）陡坡路堤稳定性验算1、滑动面为单一坡度倾斜面时（直线滑动面稳定性验算）整个路堤沿直线斜坡面滑动的下滑力E为T：滑动面上的土体下滑力R：抗滑力K：安全系数※当验算得下滑力E为零或负值时，此路堤可认为是稳定的即：E≤0路堤稳定1、直线滑动面陡坡路堤稳定性验算2、折线滑动面稳定性验算步骤：①将折线划分为几个直线段路堤按各直线划分为若干块土体②从上侧山坡到下侧山坡，逐块计算每块沿滑动面的下滑力③最后一块土体下滑力大于零不稳定，小于或等于零稳定※若算得第n块土体下滑力En为负值，则可不列入下一块土体的计算（保守算法）En平行于各相应土块的滑动面，最后一块土体En为正值时土体不稳定剩余下滑力：En≤0稳定En0不稳定3、稳定措施：⑴改善基底状况，增加滑动面的摩擦力或减小滑动力清除松软土层，夯实基底，使路堤位于坚实的硬层上开挖台阶，放稳坡度，减小滑动力路堤上方排水，阻止地面水浸湿基底⑵改变填料及断面形式：采用大颗粒填料，嵌入地面放缓坡脚处边坡，以增加抗滑力⑶在坡脚处设支挡结构物石砌护脚、干砌或浆砌挡土墙