第三章--邊坡穩(wěn)定性分析學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第三章第三章-邊坡穩(wěn)定性分析邊坡穩(wěn)定性分析(fnx)第一頁(yè)，共55頁(yè)。2第三章 路基(lj)邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)3.1 概述(i sh) 高填深挖、陡坡路堤(ld)、浸水路堤(ld)、以及滑坡或軟土等不利條件下的特殊路基.一. 邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的對(duì)象: 邊坡失穩(wěn)第1頁(yè)/共55頁(yè)第二頁(yè)，共55頁(yè)。3坡腳圓中點(diǎn)圓坡外圓直線形（砂性土）1:m圓弧形（粘性土）破裂面的位置情況二. 失穩(wěn)巖土體的型態(tài)特征(tzhng): 土質(zhì)(t zh)路基邊坡 路堤穩(wěn)定性評(píng)價(jià)涉及土強(qiáng)度參數(shù)、邊坡高度、荷載等參數(shù)。參數(shù)獲取可采用室內(nèi)(sh ni)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等不同的方法。說(shuō)明第2頁(yè)/共55頁(yè)第三頁(yè)，共55頁(yè)。4 邊坡失

2、穩(wěn)巖體的滑動(dòng)面主要是地質(zhì)構(gòu)造(guzo)面 上的軟弱面。巖質(zhì)路基(lj)邊坡: 巖石路塹邊坡的穩(wěn)定性除受其巖性、邊坡高度(god)及施工方法等因素影響外，還在很大程度上取決于巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及風(fēng)化程度。說(shuō)明第3頁(yè)/共55頁(yè)第四頁(yè)，共55頁(yè)。5三、相關(guān)參數(shù)(cnsh)計(jì)算土的計(jì)算參數(shù)：路塹(lqin)及天然邊坡土：路堤邊坡取土：多層土體:邊坡的取值：對(duì)于折線形或階梯形邊坡，一般(ybn)可取平均值。原狀容重、內(nèi)摩擦角及粘聚力采用加權(quán)平均值現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)土的容重、內(nèi)摩擦角及粘聚力第4頁(yè)/共55頁(yè)第五頁(yè)，共55頁(yè)。6汽車(chē)荷載當(dāng)量(dngling)換算：BLNQh0N：橫向分布的車(chē)輛數(shù)Q：每一輛車(chē)的重力

3、：路基填料的容重L：汽車(chē)(qch)前后軸（或履帶）的總距B：橫向分布車(chē)輛輪胎最外緣之間的總距dmNNbB) 1(第5頁(yè)/共55頁(yè)第六頁(yè)，共55頁(yè)。7四、穩(wěn)定性分析(fnx)計(jì)算方法： 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)宜綜合采用(ciyng)工程地質(zhì)類比法、力學(xué)分析法 （數(shù)值分析法和圖解分析法）進(jìn)行。 （1） 工程地質(zhì)類比(lib)法：以長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與大量資料調(diào)查為依據(jù)，憑經(jīng)驗(yàn)判斷邊坡的穩(wěn)定性。第6頁(yè)/共55頁(yè)第七頁(yè)，共55頁(yè)。8土的極限(jxin)平衡狀態(tài)只在破裂面上達(dá)到,破裂面的位置要通過(guò)計(jì)算才能確定。破裂面以上的不穩(wěn)定土體沿破裂面作整體滑動(dòng)(hudng)，不考慮其內(nèi)部的應(yīng)力分布不均和局部移動(dòng)。 基本(jbn

4、)假定：（2）力學(xué)分析法： 假定邊坡沿某一形狀滑動(dòng)面破壞，根據(jù)力學(xué)平衡原理，計(jì)算巖土體在破壞面上達(dá)到極限平衡時(shí)的安全系數(shù)。25. 120. 1TRK力學(xué)分析法主要包括：圓弧滑動(dòng)面法、平面滑動(dòng)面法、 傳遞系數(shù)法等。第7頁(yè)/共55頁(yè)第八頁(yè)，共55頁(yè)。9 3.2 直線(zhxin)滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算 純凈(chnjng)砂類土c = 0，則例 純凈(chnjng)砂類土邊坡, 取 K=1.25， =40，用 1:1.5 邊坡率 （=3341）時(shí)WNTaoKKminaTRK = arc（0.8tan40 ) = 3352，可判斷邊坡穩(wěn)定。第8頁(yè)/共55頁(yè)第九頁(yè)，共55頁(yè)。10二、解析(ji x)法

5、NWTBDA1:mNtgcLH2 25 51 12 20 01 1. TRK利用(lyng)K=f()的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算最小穩(wěn)定系數(shù)值。第9頁(yè)/共55頁(yè)第十頁(yè)，共55頁(yè)。11二、解析(ji x)法NWTBDA1:mNtgcLH2 25 51 12 20 01 1. TRK第10頁(yè)/共55頁(yè)第十一頁(yè)，共55頁(yè)。12成層砂類土邊坡：NWTBD1:mNtgcL25. 120. 1TRKNWTAniiniiiiiniininiGLctgGTFK11).11sincos(第11頁(yè)/共55頁(yè)第十二頁(yè)，共55頁(yè)。13例題(lt)（P75)某挖方邊坡，已知：=250 ，c=14.7kpa,=17.64KN/m3

6、,H=6.0m.擬采用(ciyng)1：0.5的邊坡，驗(yàn)算其穩(wěn)定性。求允許的邊坡坡度。第12頁(yè)/共55頁(yè)第十三頁(yè)，共55頁(yè)。14HXiibRWIhoNiiilihi3.3 圓弧滑動(dòng)(hudng)面的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算適用(shyng)于粘性土組成的路基邊坡滑動(dòng)面的穩(wěn)定性驗(yàn)算圓弧條分法:第13頁(yè)/共55頁(yè)第十四頁(yè)，共55頁(yè)。15一.圓弧條分法原理(yunl):邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)(nqun xsh)用破裂面上全部抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之 比來(lái)定義。即計(jì)算(j sun)中不考慮土條間的 相互作用力;破裂面為圓柱面, 計(jì)算 時(shí)將破裂棱體劃分為若 干豎向土條;HXiibRWIhoNiiilihi第14頁(yè)/共55

7、頁(yè)第十五頁(yè)，共55頁(yè)。16oxyxiNiTiQihoTiNiQiREfNiclifNicli1:m11:m223456789110iiii 計(jì)算(j sun)穩(wěn)定系數(shù) 滑動(dòng)(hudng)力矩 抗滑力矩(l j) 該滑動(dòng)面的穩(wěn)定系數(shù)為:切向力計(jì)算時(shí)通常選取若干可能的滑動(dòng)面, 分別為通過(guò)坡腳與路基頂面中點(diǎn)、1/4路基寬處、外側(cè)坡頂?shù)葍牲c(diǎn)弦線的圓弧。第15頁(yè)/共55頁(yè)第十六頁(yè)，共55頁(yè)。17 最危險(xiǎn)(wixin)破裂面滑動(dòng)圓弧臨界圓心的確定。根據(jù)上述確定的若干個(gè)滑動(dòng)圓弧, 計(jì)算出每一滑動(dòng)體的穩(wěn)定系數(shù)K,繪出 K 值曲線(qxin),在圖上可定出最危險(xiǎn)破裂面的臨界圓心。輔助線hoh11231:m臨界滑

8、弧4.5HK值曲線EFHM12KminK2K3K1H第16頁(yè)/共55頁(yè)第十七頁(yè)，共55頁(yè)。18HHAC1OB1:m24.5HD連接(linji)坡腳與坡頂?shù)眠吰戮€AB,據(jù)其坡率m, 查表4-1得1、2，AB及坡頂水平線在A、B點(diǎn)分別作角1 、2, 交點(diǎn)為0二、有關(guān)(yugun)圓弧條分法的幾個(gè)問(wèn)題： 確定(qudng)滑動(dòng)面圓心輔助線 4.5 H 法或 36法 （適用于坡腳圓） 4.5 H 法連接OD即得圓心輔助線由坡腳A向下作垂線AC = H(注：H高度）過(guò)C點(diǎn)作水平線CD = 4.5H第17頁(yè)/共55頁(yè)第十八頁(yè)，共55頁(yè)。19自B點(diǎn)作水平線，過(guò)B點(diǎn)和水平線作36o角 即圓心(yunxn)輔

9、助線。 36o 法HHAC1OB1:m24.5HD36o慮荷載當(dāng)量(dngling)土層高度第18頁(yè)/共55頁(yè)第十九頁(yè)，共55頁(yè)。201:mo5o4o3o2o1(0.25+0.4m)h0.3h0.3h0.3h0.3hb=HL=Ha=H 該法供擬定設(shè)計(jì)方法或粗略估算用。應(yīng)用時(shí)按坡率 m 查表4 -3計(jì)算o15五組圓心所對(duì)應(yīng)的K 值, Kmin值即為最危險(xiǎn)滑動(dòng)(hudng)圓心位置時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)。三.條分 法的表解(bio ji)第19頁(yè)/共55頁(yè)第二十頁(yè)，共55頁(yè)。21 例：已知某土坡=220，c=9.8kpa, =16.66KN/m3,m=1.5,H=10.0m 試計(jì)算(j sun)邊坡穩(wěn)定性。

10、 根據(jù)(gnj)m=1.5，查表得五個(gè)圓心的A和B值: 059. 0Hc f=0.404Kmin=1.26第20頁(yè)/共55頁(yè)第二十一頁(yè)，共55頁(yè)。22四.條分法的圖解(tji)基本原理：K=1.0,HcI BHcAfKBfAI1令第21頁(yè)/共55頁(yè)第二十二頁(yè)，共55頁(yè)。23 例：已知某土坡=220，c=9.8kpa,=16.66KN/m3,m=1.5,H=10.0m試計(jì)算(j sun)K=1.5時(shí)的a值。 根據(jù)(gnj)條分法圖解： 059. 0HcI當(dāng)=220時(shí)， a=450，K=1.5， a/=300邊坡取值為 1：2第22頁(yè)/共55頁(yè)第二十三頁(yè)，共55頁(yè)。24五.圓弧滑動(dòng)(hudng)面

11、的解析法M(ABDF)=M(AGD)-M(AGB)+M(ADF)穩(wěn)定性計(jì)算(j sun)：第23頁(yè)/共55頁(yè)第二十四頁(yè)，共55頁(yè)。25第24頁(yè)/共55頁(yè)第二十五頁(yè)，共55頁(yè)。26第25頁(yè)/共55頁(yè)第二十六頁(yè)，共55頁(yè)。27第26頁(yè)/共55頁(yè)第二十七頁(yè)，共55頁(yè)。28第27頁(yè)/共55頁(yè)第二十八頁(yè)，共55頁(yè)。29第28頁(yè)/共55頁(yè)第二十九頁(yè)，共55頁(yè)。30第29頁(yè)/共55頁(yè)第三十頁(yè)，共55頁(yè)。31第30頁(yè)/共55頁(yè)第三十一頁(yè)，共55頁(yè)。32第31頁(yè)/共55頁(yè)第三十二頁(yè)，共55頁(yè)。33 陡坡（地面橫坡度大于1:2.5）或不穩(wěn)固山坡上的路堤,除了(ch le)邊坡可能出現(xiàn)失穩(wěn),還有可能沿著直線或折線這

12、樣固定滑動(dòng)面產(chǎn)生失穩(wěn)。如陡峭的地面線、基底軟弱的坡積層界面或?qū)訝顦?gòu)造強(qiáng)度不均勻的巖土層界面等。u陡坡(dup)路堤穩(wěn)定性:陡坡(dup)路堤穩(wěn)定性第32頁(yè)/共55頁(yè)第三十三頁(yè)，共55頁(yè)。34 滑動(dòng)面破壞形式：1.基底(j d)為單一平面，直線滑動(dòng)面為直線。2.滑動(dòng)面為多個(gè)坡度的折線傾斜面。NTBD2 25 51 12 20 01 1. TRKQ+P直線(zhxin)形破壞：直線(zhxin)滑動(dòng)面法分析（直線(zhxin)滑動(dòng)面法）（剩余下滑力法）第33頁(yè)/共55頁(yè)第三十四頁(yè)，共55頁(yè)。35 所謂剩余(shngy)下滑力 E 是指土坡滑動(dòng)力T與計(jì)入穩(wěn)定系數(shù)K 值后的抗滑力R 之差值。 即u剩余

13、(shngy)下滑力法(又稱傳遞系數(shù)法): 該方法是以最后一塊（坡腳處）的 En值的正負(fù) 值確定(qudng)其整體穩(wěn)性。若En0, 則穩(wěn)定；否則判斷失穩(wěn)。123411 12第34頁(yè)/共55頁(yè)第三十五頁(yè)，共55頁(yè)。36u 驗(yàn)算(yn sun)方法 將土體按地面變 坡點(diǎn)垂直(chuzh)分塊后自 上而下分別計(jì)算各 土塊的剩余下滑力.自第二塊開(kāi)始, 均需計(jì)入上一條(y tio)塊剩余下滑力對(duì)本條塊的作用 把其當(dāng)作作用于本塊的外力,方向平行于上一塊土體滑動(dòng)面。Ei計(jì)算的結(jié)果若出現(xiàn)負(fù)值,計(jì)算Ei+1時(shí),公式中Ei以零值代入。W1T1E1T2N2W2E2E1N1211112第35頁(yè)/共55頁(yè)第三十六頁(yè)，

14、共55頁(yè)。37 浸水(jn shu)路堤的特點(diǎn) 穩(wěn)定性與路堤填料透水性有關(guān)，壓實(shí)良好的土或滲 性水強(qiáng)的材料(cilio)填筑的路基，邊坡穩(wěn)定性受水位漲落的影 響不大。 邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算(yn sun)方法 驗(yàn)算應(yīng)針對(duì)路堤處于最不利的情況, 即洪水位驟然降落的時(shí)侯。驗(yàn)算方法同普通路堤邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算，須考慮浮力和滲透動(dòng)水壓力作用。 除承受普通路堤一樣的外力和自重外,還受水的浮力和滲 透動(dòng)水壓力作用的影響。 3.4 浸水路堤的穩(wěn)定性驗(yàn)算第36頁(yè)/共55頁(yè)第三十七頁(yè)，共55頁(yè)。38 用粘土填筑的路堤(ld)，可認(rèn)為不產(chǎn)生動(dòng)水壓力，其分析方 法與一般路堤(ld)穩(wěn)定性分析方法相同。（2）用透水性較強(qiáng)的土

15、填筑，作用力較小，可不計(jì)算滲透動(dòng) 水壓力。（3）用不透水材料填筑，可不計(jì)算滲透動(dòng)水壓力。判斷(pndun)第37頁(yè)/共55頁(yè)第三十八頁(yè)，共55頁(yè)。39計(jì)算方法一.假想(jixing)摩擦角法cLQStancLQcLQBBtantantantanQQBBtantanrrBB浸水(jn shu)前浸水(jn shu)后第38頁(yè)/共55頁(yè)第三十九頁(yè)，共55頁(yè)。40計(jì)算方法二.懸浮(xunf)法WFWq2RcLQMy)tancos(01浸水(jn shu)后的附加作用力基本原理:假想用水的浮力(fl)作用間接抵消動(dòng)水壓力對(duì)邊坡的影響?？够豏LcWMy)tancos(02滑動(dòng)力矩：附加浮力作用與動(dòng)水

16、壓力相互抵消RQRcLWQMMKy0001costancos)(第39頁(yè)/共55頁(yè)第四十頁(yè)，共55頁(yè)。41h2h3高水位低水位滑動(dòng)面浸潤(rùn)線hcD1:mWiNilbbibcWCNchblch1cc三.條分法基本原理:土條分成(fn chn)浸水與干燥兩部分，直接計(jì)入浸水后的浮力和動(dòng)水壓力作用。第40頁(yè)/共55頁(yè)第四十一頁(yè)，共55頁(yè)。42方法(fngf)：濕i干iiFFQ21重力(zhngl)法向力摩擦力粘聚力切向力動(dòng)水壓力(yl)/(RdDTlcfNKiixxi穩(wěn)定性計(jì)算：第41頁(yè)/共55頁(yè)第四十二頁(yè)，共55頁(yè)。43例題(lt)：P91第42頁(yè)/共55頁(yè)第四十三頁(yè)，共55頁(yè)。44一、臨界(ln

17、ji)高度的計(jì)算軟土：天然(tinrn)含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物 及少量腐殖質(zhì)所組成的土。 3.5 軟土地(td)基穩(wěn)定性分析wcNrcH二、路基穩(wěn)定性計(jì)算方法（1）總應(yīng)力法（2）有效固結(jié)應(yīng)力法第43頁(yè)/共55頁(yè)第四十四頁(yè)，共55頁(yè)。45受力分析(fnx)：震級(jí)是衡量地震自身(zshn)強(qiáng)度大小的等級(jí)城震烈度是地表面遭受地震影響的強(qiáng)弱程度。（P94) 3.6 路基(lj)邊坡抗震穩(wěn)定性分析QKagQmaPH地震水平力修正系數(shù)25. 0HCHsKtanQKPH25. 0第44頁(yè)/共55頁(yè)第四十五頁(yè)，共55頁(yè)。46計(jì)算方法ssTTlcfNN（K)按非地震條件下的路基(lj)邊坡穩(wěn)

18、定性分析方法，確定最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面，再考慮地震的作用力。第45頁(yè)/共55頁(yè)第四十六頁(yè)，共55頁(yè)。47巖石路塹(lqin)邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算二 巖石路塹邊坡穩(wěn)定分析方法主要(zhyo)有經(jīng)驗(yàn)性對(duì)比分析的工程地質(zhì)法以及根據(jù)極限平衡原理的力學(xué)分析數(shù)解方法兩種。一. 形成失穩(wěn)的巖石路塹邊坡特征: 邊坡是由多種巖性各異、具有不同地質(zhì)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)面的巖體組合而成。穩(wěn)定性受構(gòu)造節(jié)理發(fā)育(fy)、風(fēng)化破碎程度、邊坡高度及水文地質(zhì)條件等 因素的影響。三. 工程地質(zhì)法:穩(wěn)定性受巖層結(jié)構(gòu)面與路基邊坡面相互關(guān)系 的影響.第46頁(yè)/共55頁(yè)第四十七頁(yè)，共55頁(yè)。48 邊坡穩(wěn)定,如果同向節(jié)理不發(fā)育 則最為穩(wěn)定,但高邊坡而巖石較

19、 破碎(p su)時(shí),不能用較陡直的坡率。穩(wěn)定基本穩(wěn)定欠穩(wěn)定切割面滑移面轉(zhuǎn)折點(diǎn)50151550第47頁(yè)/共55頁(yè)第四十八頁(yè)，共55頁(yè)。49o , 則不穩(wěn)定(wndng)( =15 50o) 或有條件穩(wěn)定(wndng)( 50o )。當(dāng) 50o時(shí)，邊坡穩(wěn)定；：邊坡坡角第48頁(yè)/共55頁(yè)第四十九頁(yè)，共55頁(yè)。50力學(xué)(l xu)分析法 當(dāng)構(gòu)造面傾向路基（傾角1030，走向方位夾角=38 45，且?jiàn)A有軟弱層），有可能產(chǎn)生沿構(gòu)造面的崩塌和滑坡(hup)，應(yīng)通過(guò)對(duì)比分析和力學(xué)計(jì)算方法進(jìn)行校驗(yàn)。TNQHLF變形體高度h層狀結(jié)構(gòu)面邊坡上的力的平衡條件第49頁(yè)/共55頁(yè)第五十頁(yè)，共55頁(yè)。51第五章 路基(l

20、j)邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)思考題1. 邊坡的力學(xué)驗(yàn)算法有幾種? 各適用于哪些場(chǎng)合?2. 如何用直線滑動(dòng)面法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析？3. 圓弧滑動(dòng)面的起滑位置(wi zhi)有幾種, 最常見(jiàn)的是哪一種?4. 如何作圓心輔助線?5. 如何利用圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算？6. 何謂軟土地基，如何判斷軟土地基的穩(wěn)定性？7. 何謂浸水路堤? 浸水路堤與一般路堤比較在設(shè)計(jì)及驗(yàn)算上有何不同?8. 8. 邊坡抗震穩(wěn)定性分析如何進(jìn)行?第50頁(yè)/共55頁(yè)第五十一頁(yè)，共55頁(yè)。52第五章 路基(lj)邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)提綱1. 穩(wěn)定性驗(yàn)算是針對(duì)高填深挖、陡坡、浸水及不良(bling)地質(zhì)條件下的特殊路基。 路堤的穩(wěn)定性驗(yàn)算方法有三種：由粗粒類材料填筑的路基按直線滑動(dòng)面法，用帶有粘性的土填筑路堤用圓弧滑動(dòng)面的條分法，地面橫坡大于1:2.5時(shí)的陡坡路堤用傳遞系數(shù)法。巖石路塹邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算通常有工程地質(zhì)比擬法和力學(xué)驗(yàn)算法兩種。 2. 極限平衡法是穩(wěn)定性驗(yàn)算的數(shù)值分析方法, 其假定邊坡沿某一形狀滑動(dòng)面破壞，根據(jù)力學(xué)平衡原理(yunl)，計(jì)算巖土體在破壞面上達(dá)到極限平衡時(shí)的安全系數(shù)。其基本假定是破裂面以上的不穩(wěn)定土體沿破裂面作整體滑動(dòng)，不考慮其內(nèi)部的應(yīng)力分布不均和局部移動(dòng)。土的極限平衡狀態(tài)只在破裂面上達(dá)到,破裂面的位置要通過(guò)試算才能確定。第51頁(yè)/共55頁(yè)第五十二頁(yè)，共55頁(yè)。533. 圓弧條分法的計(jì)算原理是假定破