路基設計2課件

1、3.4 路基邊坡穩(wěn)定性分析內(nèi)容：3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法3.4.3 邊坡穩(wěn)定性分析工程地質(zhì)法3.4.4 浸水路堤穩(wěn)定性分析3.4.5 陡坡路堤穩(wěn)定性分析3.4.6 集中特殊地區(qū)的路基設計（自學）3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(1) 影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素雨水沖刷水流侵蝕地震作用邊坡土質(zhì)施工質(zhì)量邊坡的幾何形狀3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(2) 邊坡穩(wěn)定性設計方法直線法圓弧法折線法邊坡穩(wěn)定性設計方法 力學分析法（極限平衡法）工程地質(zhì)比擬法3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(2) 邊坡穩(wěn)定性設計方法穩(wěn)定系數(shù)K=1時，滑動面處于極限平衡狀態(tài)；K1時，滑動面處于穩(wěn)定狀

2、態(tài)；K1時，滑動面處于不穩(wěn)定狀態(tài)；計算什么？用什么指標評價？3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(2) 邊坡穩(wěn)定性設計方法力學分析法的基本假定是：1）破裂面以上的不穩(wěn)定土土體沿破裂面作整體滑動，不考慮其內(nèi)部的應力分布不均和局部移動；圖3 邊坡滑動示意圖2）土的極限狀態(tài)只在破裂面上達到平衡；3）極限滑動面位置要通過試算來確定；4）滑動面過坡腳。3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(3) 邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)1）土體強度參數(shù)；2）邊坡坡度取值；3）車輛荷載當量換算。路堤邊坡：取與現(xiàn)場壓實度一致的壓實土的 r 、 、 c 。容重r，內(nèi)摩擦角，粘聚力c路塹或天然邊坡?。涸瓲钔恋膔 、 、 c ；3.4.1 邊

3、坡穩(wěn)定性分析概述(3) 邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)路堤各層填料性質(zhì)不同時1）土體強度參數(shù)按加權(quán)平均法求得。3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(3) 邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)對于折線型或階梯形邊坡，一般可取平均值。2）邊坡坡度取值圖4 邊坡取值示意圖A3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(3) 邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)3）車輛荷載當量換算路基承受自重作用、車輛荷載，按車輛最不利情況排列，將車輛的設計荷載換算成相當于土層厚度h0 ，h0稱為車輛荷載的當量高度或換算高度。圖中：b后輪輪距，取1.8m；m相鄰兩輛車后輪中心間距，取1.3m；L汽車前后輪的最大軸距，取12.8m。3.4.1 邊坡穩(wěn)定性分析概述(3)

4、 邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)3）車輛荷載當量換算車輛荷載=土體荷載d輪胎著地寬度，取0.6m。3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法穩(wěn)定系數(shù)計算:(1) 直線法適用對象：砂土和砂性土（兩者合稱砂類土），破裂面近似為平面?？够?下滑力:穩(wěn)定系數(shù):直線法計算示意圖3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(1) 直線法 均質(zhì)砂類土路堤邊坡最小穩(wěn)定系數(shù)計算？第1步：過坡腳A點假設一個可能破裂面，其與水平面夾角為，求解K ；第2步：改變，取34個可能破裂面，求解K i；第3步：繪制Ki與i之間的關系，擬合得到最小穩(wěn)定系數(shù)Kimin和極限破裂面傾角。確定斷面結(jié)構(gòu)確定力學參數(shù)計算荷載當量高度設定可能滑動面破裂角變化可能滑動面

5、破裂角最小K，極限END直線法計算步驟：3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法計算K(1) 直線法 均質(zhì)砂類土路堤邊坡3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(1) 直線法 均質(zhì)砂類土路堤邊坡例1已知：均質(zhì)砂類土路堤邊坡，路堤高度15m，頂寬10m，路堤邊坡為1:1.5，路堤中心高度與邊坡高度大致相同。土的粘聚力c=9.0kPa，內(nèi)摩擦角25o，容重=17kN/m3，荷載為掛車-80（一輛車重力800kN，輪胎外緣距離b=3.4m，相鄰兩車輛凈距d=0.6m，軸距L=12.8m ）。試用直線法分析其邊坡穩(wěn)定性。解第1步：繪制橫斷面圖；3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(1) 直線法 均質(zhì)砂類土路堤邊坡解第2步：確定

6、計算參數(shù)，c、；第4步：假設1#破裂面，與水平面夾角1，求解穩(wěn)定系數(shù)K1；第3步：最不利布載，求當量高度；3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(1) 直線法 均質(zhì)砂類土路堤邊坡解第5步：假設i#(i=24)破裂面，破裂角i，求解Ki 。第6步：繪制Ki與i之間的關系，得到最小穩(wěn)定系數(shù)Kmin和極限破裂面傾角。破裂面編號滑動面積/m2自重/kN可能破裂角/內(nèi)摩擦角/粘聚力/kPa滑動面長度/L穩(wěn)定系數(shù)K1205.74 3497.58 15.0 25.0 9.0 40.62 2.14 2138.73 2358.41 20.0 25.0 9.0 37.86 1.70 379.83 1357.11 25.0

7、 25.0 9.0 35.49 1.56 429.11 494.87 30.0 25.0 9.0 31.98 1.97 可能滑動面穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果匯總表3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法適用對象：適用于粘性土，破裂近似為圓柱形。 圓弧法的基本原理與步驟基本原理：將圓弧滑動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計算每一土條沿滑動面的下滑力矩和抗滑力矩，然后疊加計算整個滑動土體的穩(wěn)定性。計算精度：主要與分段數(shù)有關，分段越多越精確?；炯俣ǎ阂话慵俣ㄍ翞榫|(zhì)和各項同性；不考慮土體的內(nèi)應力分布及各土條之間相互作用力的影響?；瑒用嫱ㄟ^坡角；極限滑動圓心在圓心輔助線上；3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法

8、(2) 圓弧法主要步驟：第1步：確定圓心輔助線，找出可能滑動面圓心；第2步：依次計算各可能滑動面的穩(wěn)定系數(shù)；第3步：繪制“穩(wěn)定系數(shù)-可能圓心”之間的關系曲線，確定極限滑動圓心和極限滑動面；圓心輔助線4.5H法36線法考慮換算土層高度不考慮換算土層高度4.5H法一4.5H法二考慮換算土層高度不考慮換算土層高度36線法一36線法二最簡單，誤差大較復雜，最精確3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法確定圓心輔助線由坡角E向下引豎線，在豎線上截取高度H=h+h0，得F點。自F點向右引水平線，在水平線上截取4.5H，得M點。連接坡角E和頂點S，求得SE的斜度i0=1/m，據(jù)此查表3-11得1和2值。

9、由E點作與SE成1角的直線，由S點作與水平線成2角的直線，兩線相交得I點。連接I和M兩點即得圓心輔助線。4.5H法一3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法確定圓心輔助線不考慮荷載換算土層厚度h0，即Hh，斜度i0按邊坡角、坡頂?shù)倪B線AB與水平線的夾角來計算，其他步驟同（1）。由荷載換算土柱高頂點作與水平線成36角的線EF，即得圓心輔助線由坡頂處作與水平線成36角的線EF，即得圓心輔助線。4.5H法二36法一36法二3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法求解穩(wěn)定系數(shù)基本步驟：（1）通過坡角任意選定可能發(fā)生的圓弧滑動面AB，半徑為R，沿路線縱向取單位長度1m。將滑動土體分成若干個一定寬

10、度的土條（一般取24m）。（2）計算每個土條的土重Gi， Gi可分解為垂直于小段滑動面的法向分力NiGicosi和平行于該面的切向分力TiGisini，isin-1(xi/R)（3）計算每一小段滑動面上的反力，即內(nèi)摩擦力Nif（ftgi）和粘聚力cLi3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法求解穩(wěn)定系數(shù)(4）以圓心o為轉(zhuǎn)動圓心，半徑R為力臂，計算滑動面上各力對o點的滑動力矩和抗滑力矩。滑動力矩：抗滑動力矩：（5）求穩(wěn)定系數(shù)K值基本步驟：3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法求解穩(wěn)定系數(shù)計算過程中的假設：3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法確定極限滑動面和極限滑動圓心再假定幾個

11、可能的滑動面，計算相應k值，在圓心輔助線MI上繪出穩(wěn)定系數(shù)k1、k2kn對應于O1、O2On的關系曲線K=f(O)；與曲線f(O)相切的點，對應的圓心，即為極限滑動圓心；與之對應的滑動面，即為極限滑動面；相應的穩(wěn)定系數(shù)即為極限穩(wěn)定系數(shù)Kmin，在1.251. 5之間；當Kmin小于容許穩(wěn)定系數(shù)時，則放緩邊坡，再按上述方法進行計算穩(wěn)定性驗算。圓心O，半徑R分條編號列表計算 Wi bi i變化圓心O和半徑RK最小ENDAORCaibBn i 321圓弧法計算步驟3.4.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法(2) 圓弧法計算K3.4.3 浸水路堤穩(wěn)定性分析(1) 浸水路堤的特點河灘路堤除承受外力及自重外，還要承受

12、浮力及滲透動水壓力的作用。由于在土體內(nèi)滲水速度比河中水位升降速度慢，所以當?shù)掏馑簧邥r，堤內(nèi)水位的比降曲線（浸潤線）成凹形；當水位下降時，浸潤線成凸形。浸水路堤：修筑在橋頭引道、河灘、河流沿岸，受到季節(jié)性或長期浸水的路堤。特點一 穩(wěn)定性受水位降落的影響3.4.3 浸水路堤穩(wěn)定性分析(1) 浸水路堤的特點最佳密實的粘性土，透水性很弱，水位漲落對邊坡穩(wěn)定性影響不大。水位驟然下降時，由于水位差異，其滲透動水壓力方向指向土體外面，這就劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性，并可能產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡現(xiàn)象。如路堤兩側(cè)邊坡上水位不一致，會產(chǎn)生橫穿路堤的滲透。亞砂土、亞粘土填筑的浸水路堤，必須進行滲透動水壓力計算。水位降

13、落時浸潤曲線水位不一致時浸潤曲線特點二 穩(wěn)定性與路堤填料透水性有關礫石土路堤空隙大，透水性很強，水位漲落對邊坡穩(wěn)定性影響不大。3.4.3 浸水路堤穩(wěn)定性分析(2) 浸水路堤的高度與斷面形式一般浸水路堤：最低設計高程=設計洪水位+0.5m壅水和波浪侵襲路堤：最低設計高程=設計洪水位+可能的壅水高度+波浪侵襲高度+安全高度(0.5m)一般浸水路堤斷面形式設臺階或保護坡道的浸水路堤3.4.3 浸水路堤穩(wěn)定性分析(3) 滲透動水壓力的計算式中：I 滲透水力降坡（用浸潤曲線的平均坡降）；B 浸潤曲線與滑動面之間的面積，m2；0 水的容重，kN/m33.4.3 浸水路堤穩(wěn)定性分析(4) 浸水路堤邊坡穩(wěn)定性

14、分析最不利情況：最高水位驟然降落采用圓弧法進行浸水路堤邊坡穩(wěn)定分析3.4.3 浸水路堤穩(wěn)定性分析(4) 浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析合理選定路堤高度，（一般情況：H大于設計洪水位+安全高度0.5m,大河或水庫路堤：H=設計洪水位+雍水高+波浪高+安全高度0.5）浸水部分采用較緩的邊坡設護坡道、防護加固、設置導流結(jié)構(gòu)物邊坡穩(wěn)定性分析浸水路堤設要點：3.4.3 浸水路堤穩(wěn)定性分析(4) 浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析3.4.4 陡坡路堤穩(wěn)定性分析(1) 陡坡路堤概述分析環(huán)境： 當路堤修筑在陡坡上，且地面橫坡度大于1：2.0或在不穩(wěn)固的山坡上時，路基不僅要分析路堤邊坡穩(wěn)定性，還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)

15、定性?；瑒釉颍夯捉佑|面陡峭或強度較弱基底在較厚軟土層上基底下巖層強度不均勻3.4.4 陡坡路堤穩(wěn)定性分析(2) 陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法1）直線滑動面法：適用于：基底為單一坡面，土體沿直線滑動面整體下滑。式中：Q 對于以基底接觸面為滑動面者，等于路堤自重；對于以基底以下軟弱面為滑動面者，等于路堤連同其下不穩(wěn)定土的自重；P 路堤頂換算土柱荷載。3.4.4 陡坡路堤穩(wěn)定性分析(2) 陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法Tn 第n個條塊的自重Qn與荷載Pn的切線下滑力；Nn 第n個條塊的自重Qn與荷載Pn的法向分力；En-1 上一個第n-1個條塊傳遞而來的剩余下滑力。判定條件：當最后的剩余下滑力0，認為穩(wěn)定。原理： 當滑動面為多個坡度的折線傾斜面時，可將滑動面上土體折線段劃分為若干條塊，自