1.2路基穩(wěn)定性分析計算ppt課件

1、第四章 路基穩(wěn)定性分析計算第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析第三節(jié)第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析第四節(jié)第四節(jié) 軟土地基的路基穩(wěn)定性分析軟土地基的路基穩(wěn)定性分析第五節(jié)第五節(jié) 浸水路堤的穩(wěn)定性分析浸水路堤的穩(wěn)定性分析第六節(jié)第六節(jié) 路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析第一節(jié) 概 述n路基邊坡穩(wěn)定性設計的對象：路基邊坡穩(wěn)定性設計的對象：n 高填方路堤、深挖方路塹、陡坡路堤、高填方路堤、深挖方路塹、陡坡路堤、浸水路堤、滑坡體等不良工程地質和水文浸水路堤、滑坡體等不良工程地質和水文地質條件下的路基邊坡。地質條件下的

2、路基邊坡。n路基邊坡穩(wěn)定性設計的任務：路基邊坡穩(wěn)定性設計的任務：n 對路基邊坡穩(wěn)定性進行分析、驗算，對路基邊坡穩(wěn)定性進行分析、驗算，判斷其穩(wěn)定性并根據結果尋求安全可靠、判斷其穩(wěn)定性并根據結果尋求安全可靠、經濟合理的路基結構形式和穩(wěn)定的邊坡值，經濟合理的路基結構形式和穩(wěn)定的邊坡值，或采取相應的加固措施?；虿扇∠鄳募庸檀胧５谝还?jié) 概 述n滑坡滑坡 (Landslide)n 邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分土體邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分土體相對于另一部分土體滑動的現象稱滑坡。相對于另一部分土體滑動的現象稱滑坡。n n 土坡滑坡前征兆：坡頂下沉并出現裂土坡滑坡前征兆：坡頂下沉并出現裂縫，坡腳隆起。縫

3、，坡腳隆起。第一節(jié) 概 述1、路基穩(wěn)定性分析的原因：、路基穩(wěn)定性分析的原因：土坡失穩(wěn)原因分析土坡失穩(wěn)原因分析-內部原因內部原因（1土質：各種土質的抗剪強度、抗水能力土質：各種土質的抗剪強度、抗水能力是不一樣的，如鈣質或石膏質膠結的土、是不一樣的，如鈣質或石膏質膠結的土、濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強度降低很多。度降低很多。（2土層結構：如在斜坡上堆有較厚的土層，土層結構：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當下伏土層特別是當下伏土層(或巖層或巖層)不透水時，容易不透水時，容易在交界上發(fā)生滑動。在交界上發(fā)生滑動。第一節(jié) 概 述（3邊坡外形：突肚形的斜坡由于重

4、力作用，比上邊坡外形：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下緩的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，陡下緩的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，當土坡不高時尚可直立，但隨時間和氣候的變化，當土坡不高時尚可直立，但隨時間和氣候的變化，也會逐漸塌落。也會逐漸塌落。土坡失穩(wěn)原因分析土坡失穩(wěn)原因分析-外部原因外部原因（1降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中，使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，入土層中，使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，土質變軟，強度降低；還可使土的重度增加，以土質變軟，強度降低；還可使土的重度增加，以及孔隙水壓力的產生，使土體作用有動、靜

5、水壓及孔隙水壓力的產生，使土體作用有動、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設計斜坡應針對這些原因，力，促使土體失穩(wěn)，故設計斜坡應針對這些原因，采用相應的排水措施。采用相應的排水措施。第一節(jié) 概 述（2振動的作用：如地震的反復作用下，砂土極易振動的作用：如地震的反復作用下，砂土極易發(fā)生液化；粘性土，振動時易使土的結構破壞，發(fā)生液化；粘性土，振動時易使土的結構破壞，從而降低土的抗剪強度；施工打樁或爆破，由于從而降低土的抗剪強度；施工打樁或爆破，由于振動也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。振動也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。（3人為影響：由于人類不合理地開挖，特別是開人為影響：由于人類不合理地開挖，特別是開挖坡腳；或開

6、挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土挖坡腳；或開挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時，都堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時，都可引起斜坡變形破壞?？梢鹦逼伦冃纹茐?。第一節(jié) 概 述n根本原因根本原因: 邊坡中土體內部某個面上的剪應邊坡中土體內部某個面上的剪應 n 力達到了它的抗剪強度。力達到了它的抗剪強度。n具體原因：（具體原因：（1滑面上的剪應力增加；滑面上的剪應力增加；n （2滑面上的抗剪強度減小?；嫔系目辜魪姸葴p小。第一節(jié) 概 述 對于邊坡不高的路基，例如不超過對于邊坡不高的路基，例如不超過8.0m8.0m的土質的土質邊坡，不超過邊坡，不超過12.0m12

7、.0m的石質邊坡，按一般路基設計，的石質邊坡，按一般路基設計，采用規(guī)定的坡度值，不作穩(wěn)定性分析計算。采用規(guī)定的坡度值，不作穩(wěn)定性分析計算。 地質與水文條件復雜、高填深挖或特殊需要的路基，應進行邊坡穩(wěn)定性的分析計算，據此選定合理的邊坡坡度及相應的工程技術措施。 對邊坡高度超過20m的路堤，邊坡形式宜用階梯型，邊坡坡率由穩(wěn)定性分析計算確定。 合理選定巖石計算參數，如粘結力、內摩擦角合理選定巖石計算參數，如粘結力、內摩擦角及單位體積重力。及單位體積重力。邊坡穩(wěn)定分析假設：邊坡穩(wěn)定分析假設：1. 在用力學邊坡穩(wěn)定性分析法進行邊坡穩(wěn)定性分在用力學邊坡穩(wěn)定性分析法進行邊坡穩(wěn)定性分析時，為簡化計算，通常按平

8、面問題來處理。析時，為簡化計算，通常按平面問題來處理。2. 松散的砂性土和礫松散的砂性土和礫(石石)土具有較大的內摩擦角土具有較大的內摩擦角和較小的粘聚力和較小的粘聚力c，邊坡滑塌時，破裂面近似，邊坡滑塌時，破裂面近似平面，在邊坡穩(wěn)定性分析時可采用直線破裂面法。平面，在邊坡穩(wěn)定性分析時可采用直線破裂面法。3. 粘性土具有較大的粘聚力粘性土具有較大的粘聚力c，而內摩擦角，而內摩擦角較較小，破壞時滑動面有時像圓柱形，有時像碗形，小，破壞時滑動面有時像圓柱形，有時像碗形，通常近似于圓曲面，故可采用圓弧破裂面法。通常近似于圓曲面，故可采用圓弧破裂面法。 路基邊坡穩(wěn)定的力學計算基本方法是分析失穩(wěn)路基邊坡

9、穩(wěn)定的力學計算基本方法是分析失穩(wěn)滑動體沿滑動面上的下滑力滑動體沿滑動面上的下滑力T T與抗滑力與抗滑力R R，按靜力，按靜力平衡原理，取兩者之比為穩(wěn)定系數平衡原理，取兩者之比為穩(wěn)定系數K K，即：，即： K=R/T K=R/TK=1K=1，表示下滑力與抗滑力相等，邊坡處于極限平，表示下滑力與抗滑力相等，邊坡處于極限平衡狀態(tài)；衡狀態(tài)；K1K1K1，邊坡穩(wěn)定。，邊坡穩(wěn)定。 為安全可靠起見，工程上一般規(guī)定采用為安全可靠起見，工程上一般規(guī)定采用K1.201.30K1.201.30。 邊坡穩(wěn)定性分析時須將行車荷載換算成相當于邊坡穩(wěn)定性分析時須將行車荷載換算成相當于路基巖土層厚度，計入滑動體的重力中去。路

10、基巖土層厚度，計入滑動體的重力中去。lbbde/2Be/2 換算土柱高可按寬度布置在行車部分范圍內；換算土柱高可按寬度布置在行車部分范圍內；或者考慮到路肩上有可能駛入或停歇車輛，而分或者考慮到路肩上有可能駛入或停歇車輛，而分布在整個路基寬度上。布在整個路基寬度上。BLNQh 0式中：式中：h0h0行車荷載換算高度行車荷載換算高度(m)(m) L L前后輪最大軸距，標準車輛為前后輪最大軸距，標準車輛為12.8m12.8m Q Q一輛重車的重力標準車輛荷一輛重車的重力標準車輛荷載為載為550KN550KN） N N并列車輛數，雙車道并列車輛數，雙車道N=2N=2，單車，單車道道N=1N=1 路基填

11、料的重度路基填料的重度(kN/m3)(kN/m3) B B荷載橫向分布寬度荷載橫向分布寬度dmNNbB) 1(式中：式中：bb后輪輪距，取后輪輪距，取1.8m1.8m m m相鄰兩輛車后輪的中心間距，取相鄰兩輛車后輪的中心間距，取1.3m1.3m d d輪胎著地寬度，取輪胎著地寬度，取0.6m0.6m邊坡的取值：邊坡的取值： 對于折線形或階梯形邊坡，一般可取加權平均對于折線形或階梯形邊坡，一般可取加權平均值。值。CDEBA1 : n1 : n1 : nh1h2h3h邊坡取值示意圖邊坡取值示意圖 取取ABAB線線取坡腳點和坡頂點的連線取坡腳點和坡頂點的連線第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 直線

12、法適用于砂土和砂性土兩者合稱砂類直線法適用于砂土和砂性土兩者合稱砂類土），土的抗力以內摩擦力為主，粘聚力甚小。土），土的抗力以內摩擦力為主，粘聚力甚小。邊坡破壞時，破裂面近似平面。邊坡破壞時，破裂面近似平面。直線滑動面示意圖直線滑動面示意圖a)a)高路堤高路堤b)b)深路塹深路塹c)c)陡坡路堤陡坡路堤式中：式中：滑動面的傾角；滑動面的傾角；ff摩擦系數，摩擦系數，f=tanf=tan；LL滑動面滑動面ADAD的長度；的長度；NN滑動面的法向分力；滑動面的法向分力；TT滑動面的切向分力；滑動面的切向分力；cc滑動面上的粘結力；滑動面上的粘結力；QQ滑動體的重力。滑動體的重力。一、試算法一、試算

13、法直線滑動面上的力系示意圖直線滑動面上的力系示意圖sintancosQcLQTcLfNTRK邊坡穩(wěn)定分析步驟：邊坡穩(wěn)定分析步驟：1 1、先假定路堤邊坡、先假定路堤邊坡值；值；2 2、然后通過坡腳、然后通過坡腳A A點，點，假定假定3 3到到4 4個可能的破個可能的破裂面，求出相應的穩(wěn)裂面，求出相應的穩(wěn)定系數定系數KiKi值，得到關值，得到關系曲線；系曲線；3 3、在其上找到最小、在其上找到最小穩(wěn)定系數及其對應的穩(wěn)定系數及其對應的極限破裂角。極限破裂角。 直線法計算圖直線法計算圖 GNBTcLNtgAD1D3D2DC1432AD412340K4K3KminK2K1Ka)b)c)純凈的粗中砂或干燥

14、純凈的細砂時：純凈的粗中砂或干燥純凈的細砂時：由于砂類土的粘接力很小，一般可忽略不計。由于砂類土的粘接力很小，一般可忽略不計。(C=0(C=0）25.1tgtgTFK當當K=1K=1時：時： 即抗滑力等于下滑力，滑動面上土體處于極限平即抗滑力等于下滑力，滑動面上土體處于極限平衡狀態(tài)，此時的坡度角稱為衡狀態(tài)，此時的坡度角稱為“天然休止角天然休止角”，等于土體，等于土體的內摩擦角。的內摩擦角。K=1.25K=1.25時：時： tg=0.8tg tg=0.8tg。 由此可見，用松散性填料修建的路堤其邊坡角的由此可見，用松散性填料修建的路堤其邊坡角的正切值，不宜大于填料摩擦系數正切值，不宜大于填料摩擦

15、系數0.80.8倍。倍。例例4-14-1：對于純凈的粗中砂或干燥純凈的細砂，當填：對于純凈的粗中砂或干燥純凈的細砂，當填料料=40=40時，如果采用時，如果采用1:1.51:1.5的路基邊坡，是否穩(wěn)定？的路基邊坡，是否穩(wěn)定？解：當填料解：當填料=40=40時，時， 根據根據 tg=0.8tg=0.6713 tg=0.8tg=0.6713得得=35=355252。 對于對于1:1.51:1.5的路基邊坡。的路基邊坡。 相應的邊坡角相應的邊坡角=33=334141 由于由于,該邊坡穩(wěn)定。該邊坡穩(wěn)定。 由此類推，如由此類推，如40f2及及c1c2li不論浸水與否，近似取同一值。不論浸水與否，近似取同

16、一值。第六節(jié) 路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析對于路基邊坡，水平加速度對于路基邊坡，水平加速度a a產生的水平力產生的水平力P P危險危險性最大，設計時假定性最大，設計時假定P P垂直于邊坡面，而且作用的垂直于邊坡面，而且作用的方向朝外，此時對于邊坡穩(wěn)定最不利。方向朝外，此時對于邊坡穩(wěn)定最不利。QKagQmaPH式中：式中：mm滑動體的質量滑動體的質量(kg)(kg) Q Q邊坡滑動體的重力邊坡滑動體的重力 g g重力加速度重力加速度(m/s2)(m/s2) KH KH水平地震系數水平地震系數上述理論關系中還需引入修正系數上述理論關系中還需引入修正系數CH=0.25CH=0.25，則，則實際采用的地震水

17、平力為。實際采用的地震水平力為。QKPH25. 0二、邊坡抗震穩(wěn)定性的計算二、邊坡抗震穩(wěn)定性的計算ssTTcLfNNK)(sin PNscos PTs第七節(jié) 陡坡路堤穩(wěn)定性一、陡坡路堤一、陡坡路堤 路堤修筑在陡坡上，且地面橫坡大于路堤修筑在陡坡上，且地面橫坡大于1:21:2，或在，或在不穩(wěn)固山坡上時，路基不僅要作穩(wěn)定性分析，還要不穩(wěn)固山坡上時，路基不僅要作穩(wěn)定性分析，還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。下滑的可能為：下滑的可能為：沿基底接觸面下滑沿基底接觸面下滑; ;沿坡積層底面下滑；沿坡積層底面下滑；沿巖層節(jié)理或層理面下滑。沿巖層節(jié)理或層理面下滑。下滑的主要原因：下滑的主要原因： 地面橫坡較陡、基底土層地面橫坡較陡、基底土層較弱或強度不均勻。較弱或強度不均勻。1. 當基底是單一坡面，土體沿直線滑動面整體下當基底是單一坡