第三章路基穩(wěn)定性分析

第三章路基穩(wěn)定性設(shè)計(jì)第一節(jié)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算第二節(jié)路基邊坡的防護(hù)和加固第三節(jié)擋土墻由路基填方或挖方形成的具有斜坡坡面的土體稱(chēng)為邊坡.當(dāng)由于各種自然因素或人為因素的作用而破壞了邊坡土體的力學(xué)平衡時(shí),土體就會(huì)沿著其中某一滑面而產(chǎn)生滑動(dòng)破壞,稱(chēng)為滑坡.第一節(jié)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算土質(zhì)邊坡的破壞,是由于土坡中部分土體的剪應(yīng)力達(dá)到了土的抗剪強(qiáng)度,以致在土坡內(nèi)形成了連續(xù)的滑移面,其上的土體沿剪切面發(fā)生了滑動(dòng)破壞.土坡的穩(wěn)定分析,即為采用土力學(xué)的理論來(lái)研究土體發(fā)生滑動(dòng)破壞時(shí)滑動(dòng)面可能的位置和幾何形狀、滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度的大小，進(jìn)行滑動(dòng)土體的力學(xué)平衡分析。1)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，都按平面問(wèn)題處理2)不考慮滑動(dòng)主體本身內(nèi)應(yīng)力的分布3)認(rèn)為平衡狀態(tài)只在滑動(dòng)面上達(dá)到，滑動(dòng)土體整體下滑4)極限滑動(dòng)面位置通過(guò)試算來(lái)確定1.1.1邊坡穩(wěn)定性分析原理——靜力平衡（一）靜力平衡的基本假定1.1邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算1)松散的砂性土和礫石內(nèi)摩擦角較大，粘聚力較小，滑動(dòng)面近似平面，平面力學(xué)模型采用直線。2)粘性土粘聚力較大，內(nèi)摩擦角較小，破裂時(shí)滑動(dòng)面為圓柱形、碗形，近似于圓曲面，平面力學(xué)模型采用圓?。ǘ┢屏衙娴募俣?.對(duì)于路塹天然邊坡或地基部分，取原狀土，測(cè)其容重γ，內(nèi)摩擦角Φ，粘聚力c，1.1.2邊坡穩(wěn)定性分析的計(jì)算參數(shù)（一）所需土的試驗(yàn)資料2.對(duì)路堤邊坡：取與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度一致的壓實(shí)土試驗(yàn)數(shù)據(jù)

※路堤各層填料性質(zhì)不同時(shí)，所采用驗(yàn)算數(shù)據(jù)可按加權(quán)平均法求得。（二）路堤上汽車(chē)荷載的換算將車(chē)輛布置于路堤上，車(chē)輛的設(shè)計(jì)荷載換算成相當(dāng)于土層厚度h01)當(dāng)量土柱高度b——每一輛車(chē)輪胎外緣之間的距離，md——相鄰兩輛車(chē)輪胎之間的凈距，m⑴可分布在行車(chē)道寬度范圍內(nèi)⑵考慮實(shí)際行車(chē)有可能偏移或車(chē)輛停放在路肩上，也可認(rèn)為當(dāng)量土層分布于整個(gè)路基寬度上.2)荷載分布方式1.數(shù)值分析法—假定幾個(gè)滑動(dòng)面，按照力學(xué)平衡原理分析驗(yàn)算，找出極限滑動(dòng)面。2.圖解或表解法—在計(jì)算機(jī)或圖解的基礎(chǔ)上，制定圖或表，用查圖或查表來(lái)進(jìn)行，簡(jiǎn)單不精確。1.2、邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算※力學(xué)分析法根據(jù)不同土類(lèi)及其所處的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和大量的資料調(diào)查，擬定邊坡的穩(wěn)定值參考數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，將影響邊坡穩(wěn)定的因素作比擬，采用類(lèi)似條件下的穩(wěn)定邊坡值?！こ痰刭|(zhì)類(lèi)比法（一）平面滑動(dòng)面法作不同傾角的破裂面,畫(huà)出相應(yīng)的Ki—ωi曲線,與最小安全系數(shù)Kmin相應(yīng)的ωmin為危險(xiǎn)破裂角.Kmin≥1.25,邊坡穩(wěn)定;Kmin≤1.25,邊坡不安全.（二）圓弧——條分法計(jì)算精度與分段數(shù)有關(guān)越大越精確，一般為8～10段。結(jié)合橫斷面特性，劃分在邊坡或地面坡度變化處以簡(jiǎn)化計(jì)算。1）將圓弧滑動(dòng)面上土體劃分為若干豎條2）依次計(jì)算每一土條沿滑動(dòng)面的下滑力和抗滑力3）疊加計(jì)算整個(gè)土體的穩(wěn)定性粘性土滑坍時(shí)破裂面為曲面近似為圓弧滑動(dòng)面1.基本原理4）以圓心o為轉(zhuǎn)動(dòng)圓心，半徑R為力臂。計(jì)算滑動(dòng)面上各點(diǎn)對(duì)o點(diǎn)的滑動(dòng)力矩和抗滑力矩。2.圓弧法基本步驟2）計(jì)算每個(gè)土條重Gi（土重、荷載重）垂直滑動(dòng)面法向分力1）通過(guò)坡腳任意選定可能滑動(dòng)面AB，半徑為R，縱向單位長(zhǎng)度，滑動(dòng)土體分條（5~8）3）計(jì)算每一段滑動(dòng)面抵抗力NitgΦ（內(nèi)摩擦力）和粘聚力cLi（Li為i小段弧長(zhǎng)）5）求穩(wěn)定系數(shù)式中：αi——第i土條底滑面的傾角；

Qi———第i土條垂直方向外力；

然后,再定O2點(diǎn)畫(huà)圓弧,分條求K2,依次求得Kmin.4.5h法6）再假定幾個(gè)可能的滑動(dòng)面，計(jì)算相應(yīng)k值，由輔助線求取Kmin例題：如圖1為一路堤橫斷面。已知填料為砂性土，重力密度γ=18.5kN/m3，粘結(jié)力c=0.98kPa，內(nèi)摩擦角φ=35°。試問(wèn)該路堤邊坡會(huì)不會(huì)沿滑動(dòng)面AB產(chǎn)生滑動(dòng)？圖1解：△ABG的面積SABG=8*18/2=72m2矩形：SBEFG=8*0.75=6m2滑動(dòng)面以上土體及車(chē)輛荷載總重G=(SABG+SBEFG)γ=(72+6)*18.5*1=1443kN滑動(dòng)面與水平線的夾角α=arctan[18/(18*1.5+8)]=27.22o滑動(dòng)面的長(zhǎng)度L=[182+(18*1.5+8)2]1/2=39.36m下滑力：T=Gsinα=1443sin27.22o=660kN抗滑力:F=Gcosαtanφ+cL=1443*cos27.22o*tan35o+0.98*39.36=937.1kN穩(wěn)定系數(shù)K=F/T=1.42>1.25所以,該路堤邊坡不會(huì)沿滑動(dòng)面AB滑動(dòng).提高路基穩(wěn)定的措施：（一）基底處理（二）改變結(jié)構(gòu)（三）改變填土（四）加強(qiáng)排水（五）支擋設(shè)施第二節(jié)路基邊坡的防護(hù)和加固一、防護(hù)與加固的目的路基在水、風(fēng)、冰凍等自然因素的長(zhǎng)期作用下，經(jīng)常發(fā)生變形和破壞。如邊坡表面土層剝落，形成沖溝及滑坍等。這些不及時(shí)防治，就會(huì)引起嚴(yán)重病害。要想使路基的穩(wěn)定性得到保證，除了要作好路基排水，還必須采取有效的防護(hù)加固措施。

防護(hù)與加固的施工，應(yīng)分別情況，按需進(jìn)行。要求路基邊坡本身要穩(wěn)定，否則無(wú)法進(jìn)行，因?yàn)槌藢?zhuān)門(mén)用來(lái)支擋路基的結(jié)構(gòu)物，一般防護(hù)工程承受外力的能力都很小，有的則完全不能承受外力。二、防護(hù)加固工程的分類(lèi)路基防護(hù)與加固工程，按其作用的不同，可以分成沖刷防護(hù)、坡面防護(hù)和支檔建筑物三大類(lèi)。1、沖刷防護(hù)它的作用是防護(hù)水流對(duì)路基的沖刷和淘刷。按方法的不同，又可以分為直接防護(hù)和間接防護(hù)。2、坡面防護(hù)用來(lái)防護(hù)容易受到自然因素影響而破壞的土質(zhì)與巖質(zhì)邊坡。3、支檔建筑物是防止路基變形或支檔路基本身以保證其穩(wěn)定性。為了使概念明確，一般把防止沖刷和風(fēng)化，主要起隔離作用的措施稱(chēng)為防護(hù)工程，而把防止路基或山體因重力作用而滑塌，主要起支撐作用的支檔結(jié)構(gòu)物稱(chēng)加固工程。草種根據(jù)防護(hù)目的、氣候、土質(zhì)、施工季節(jié)確定，宜于選用易成活、生長(zhǎng)快、根系發(fā)達(dá)、葉莖矮或有匍匐莖的多年生草種。一、植物防護(hù)（一）植被防護(hù)1.植草2.鋪草皮平鋪草皮疊鋪草皮適用于需要快速綠化，且坡率緩于1：1的土質(zhì)邊坡和嚴(yán)重風(fēng)化的軟質(zhì)巖石邊坡。不宜采用喜水、生長(zhǎng)在泥沼地的草皮方格草皮適用于坡率緩于1：1.5和邊坡或再邊坡以外的河岸及漫灘地。應(yīng)選用根深葉密的低矮灌木。注意視距和風(fēng)沙、風(fēng)雪流問(wèn)題。3.植樹(shù)帶狀植樹(shù)連續(xù)植樹(shù)橫斷面示意圖（二）三維植被網(wǎng)防護(hù)

適用于砂性土、土夾石及風(fēng)化巖石，且坡率緩于1：0.75的邊坡防護(hù)；三維植被網(wǎng)中的回填土通常采用客土。二、骨架植物防護(hù)適用于緩于1：0.75的土質(zhì)和全風(fēng)化巖石邊坡。當(dāng)坡面受水沖刷嚴(yán)重或潮濕時(shí)，坡度應(yīng)緩于1：1截水骨架防護(hù)（一）漿砌片石或水泥混凝土骨架植物防護(hù)（二）多邊形水泥混凝土空心塊植物防護(hù)1.適用于緩于1：0.75的土質(zhì)和全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖石邊坡。并視情況設(shè)置漿砌片石或水泥混凝土骨架。2.多邊形水泥混凝土空心預(yù)制塊的混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C20，厚度不應(yīng)小于150mm?？招念A(yù)制塊內(nèi)應(yīng)填充種植土，噴播植草。（三）錨桿混凝土框架植物防護(hù)1.適用于土質(zhì)邊坡和坡體中無(wú)不良結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化破碎的巖石路塹邊坡。2.錨桿采用非預(yù)應(yīng)力的全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿?？蚣軕?yīng)采用鋼筋混凝土，混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C25。三、污工防護(hù)（一）噴漿（混凝土）防護(hù)適用于坡率緩于1：0.5、易風(fēng)化但未遭強(qiáng)風(fēng)化的巖石邊坡，噴漿的厚度不宜小于50mm，強(qiáng)度不低于M10;噴混凝土的厚度不宜小于80mm，強(qiáng)度不低于C15。適于坡面為碎裂結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)巖石或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的不連續(xù)地層以及坡面巖石與基巖分開(kāi)并有可能下滑的挖方邊坡。（二）錨桿掛網(wǎng)噴漿干砌片石護(hù)坡適用于坡度緩于1：1.25土（石）質(zhì)路塹邊坡。厚度不宜小于250mm漿砌片石護(hù)坡適用于坡度緩于1:1的易風(fēng)化巖石和土質(zhì)路塹邊坡。厚度不宜小于250mm（三）砌石或混凝土預(yù)制塊護(hù)坡適用于易風(fēng)化或風(fēng)化嚴(yán)重的軟質(zhì)巖石或較破碎巖石的挖方邊坡以及坡面易受侵蝕的土質(zhì)邊坡，邊坡不宜陡于1：0.5。墻頂厚度一般大于40mm，需要考慮基礎(chǔ)、沉降伸縮縫以及排水孔問(wèn)題。（四）砌石或混凝土護(hù)面墻適用于坡面較干燥、未經(jīng)嚴(yán)重風(fēng)化的各種易風(fēng)化巖石邊坡，但不適用于由煤系巖層以及成巖作用很差的紅色粘土巖組成的邊坡。高速公路邊坡不宜使用適用于邊坡坡率緩于1：0.5、易受沖刷的土質(zhì)邊坡或易風(fēng)化剝落的巖石邊坡。高速公路邊坡不宜使用（五）砂漿（灰漿）封面（六）捶面沿河路基防護(hù)一、直接防護(hù)（一）、植物防護(hù)（二）、砌石或混凝土護(hù)坡（三）、拋石或石籠（四）、浸水擋土墻（五）、土工軟體沉排和土工模袋第三節(jié)擋土墻擋土墻是用于支撐路基填土或者山坡土體側(cè)壓力、防止邊坡或山坡變形失穩(wěn)的工程構(gòu)造物。廣泛用于支撐路基邊坡、橋臺(tái)、橋頭引道和隧道洞口等處。一、擋土墻的用途擋土墻設(shè)置與否，宜于與其工程方案比較確定1.與移改路線位置進(jìn)行比較；2.與填筑或開(kāi)挖邊坡相比較；3.與拆移有關(guān)干擾路基的構(gòu)造物（房屋、河流、水渠）等比較；4.與設(shè)置其他類(lèi)型的構(gòu)造物（橋、護(hù)墻）等比較。二、擋土墻各部分的名稱(chēng)三、擋土墻的分類(lèi)用于陡峭山坡的路塹底部，降低邊破高度、減少開(kāi)挖或者邊坡防止地質(zhì)不良地段的滑坡（一）按照擋土墻設(shè)置的位置1、路塹擋土墻2、路肩擋土墻用于（1）陡坡路堤，為保證路堤穩(wěn)定，收縮坡腳；（2）為避免與其它建筑物(如房屋、鐵路、水渠等)干擾或防止多占農(nóng)田；（3）為防止沿河路堤受水流沖刷和淘刷。用于地形受限，需要收縮坡腳；防止陡坡堤下滑。3、路堤擋土墻用以支擋山坡上可能滑坍的覆蓋層土體或破碎巖層（需要時(shí)可分設(shè)數(shù)道）4、山坡?lián)跬翂τ糜谘睾勇返?，需要收縮坡腳或防止水流沖淘5.浸水擋土墻（二）按照擋土墻的結(jié)構(gòu)形式依靠墻的自重支撐土壓力，污工結(jié)構(gòu)。形式簡(jiǎn)單，施工方便A豎直式B俯斜式C仰斜式D折線式E衡重式A、B、E多用于路肩墻、路堤墻；C、D多用于路塹墻1.重力式擋土墻（1）錨桿式

2.錨定式擋土墻（2）錨定板式

3.薄壁式擋土墻（2）扶壁式（1）懸臂式4.加筋土擋土墻5.柱板式擋土墻6.樁板式擋土墻7.垛式（框架式）擋土墻四、擋土墻的布置1．擋土墻位置的選定1）路塹擋土墻大多數(shù)設(shè)在邊溝旁；2）山坡?lián)跬翂?yīng)考慮設(shè)在基礎(chǔ)可靠處；3）當(dāng)路肩墻與路堤墻的墻高或截面圬工數(shù)量相近、基礎(chǔ)情況相似時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用路肩墻；4）若路堤墻的高度或圬工數(shù)量比路肩墻顯著降低，而且基礎(chǔ)可靠時(shí)，宜選用路堤墻；5）沿河路堤設(shè)置擋土墻時(shí)，應(yīng)結(jié)合河流情況來(lái)布置，注意設(shè)墻后仍保持水流順暢，不致擠壓河道而引起局部沖刷。2．擋土墻的縱向布置擋土墻縱向布置在墻趾縱斷面圖上進(jìn)行，布置后繪成擋土墻正面圖1）確定擋土墻的起迄點(diǎn)和墻長(zhǎng)，選擇擋土墻與路基或其它結(jié)構(gòu)物的銜接方式；2）按地基及地形情況進(jìn)行分段，確定伸縮縫與沉降縫的位置；3）布置各段擋土墻的基礎(chǔ)；4）布置泄水孔的位置，包括數(shù)量、間隔和尺寸等；沉降伸縮縫基