路基设计2课件.ppt

1、3.4 路基边坡稳定性分析路基边坡稳定性分析内容：3.4.1 边坡稳定性分析概述3.4.2 边坡稳定性分析方法3.4.3 边坡稳定性分析工程地质法3.4.4 浸水路堤稳定性分析3.4.5 陡坡路堤稳定性分析3.4.6 集中特殊地区的路基设计（自学）3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(1)(1)影响路基边坡稳定性的因素影响路基边坡稳定性的因素雨水冲刷雨水冲刷水流侵蚀水流侵蚀地震作用地震作用边坡土质边坡土质施工质量施工质量边坡的几何形状边坡的几何形状3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(2)(2)边坡稳定性设计方法边坡稳定性设计方法直线法直线法圆弧法圆弧法折线法折线法边坡

2、边坡稳定稳定性设性设计方计方法法 力学分析法力学分析法（极限平衡法）（极限平衡法）工程地质比拟法工程地质比拟法3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(2)(2)边坡稳定性设计方法边坡稳定性设计方法K 抗滑力下滑力稳定系数稳定系数K=1时，滑动面处于极限平衡状态；时，滑动面处于极限平衡状态；K1时，滑动面处于稳定状态；时，滑动面处于稳定状态；K1时，滑动面处于不稳定状态；时，滑动面处于不稳定状态；3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(2)(2)边坡稳定性设计方法边坡稳定性设计方法力学力学分析法分析法的基本假定是：的基本假定是：1）破裂面以上的不稳定土土体沿破裂面作整体滑动，

3、不考虑其内部的应力分布不均和局部移动；图图3 边坡滑动示意图边坡滑动示意图2）土的极限状态只在破裂面上达到平衡；3）极限滑动面位置要通过试算来确定；4）滑动面过坡脚。3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(3)(3)边坡稳定性分析的计算参数边坡稳定性分析的计算参数1 1）土体强度参数；）土体强度参数；2 2）边坡坡度取值；）边坡坡度取值；3 3）车辆荷载当量换算。）车辆荷载当量换算。路堤边坡：取与现场压实度一致的路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土压实土的的 r、c。容重容重r，内摩擦角，内摩擦角，粘聚力，粘聚力c路堑或天然边坡取：路堑或天然边坡取：原状土原状土的的r、c；3.4.1

4、 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(3)(3)边坡稳定性分析的计算参数边坡稳定性分析的计算参数路堤各层填料性质不同时路堤各层填料性质不同时1 1）土体强度参数）土体强度参数按加权平均法求得。按加权平均法求得。3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(3)(3)边坡稳定性分析的计算参数边坡稳定性分析的计算参数对于折线型或阶梯形边坡，对于折线型或阶梯形边坡，一般一般可取平均值。可取平均值。2 2）边坡坡度取值）边坡坡度取值图图4 边坡取值示意图边坡取值示意图A3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(3)(3)边坡稳定性分析的计算参数边坡稳定性分析的计算参数3 3）车辆荷载当量

5、换算）车辆荷载当量换算路基承受自重作用、车辆荷载，按车辆路基承受自重作用、车辆荷载，按车辆最不利情况最不利情况排排列，将列，将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度h0，h0称为称为车辆荷载的车辆荷载的当量高度当量高度或或换算高度换算高度。图中：b后轮轮距，取1.8m；m相邻两辆车后轮中心间距，取1.3m；L汽车前后轮的最大轴距，取12.8m。3.4.1 边坡稳定性分析概述边坡稳定性分析概述(3)(3)边坡稳定性分析的计算参数边坡稳定性分析的计算参数3 3）车辆荷载当量换算）车辆荷载当量换算(1)BNbNmdd轮胎着地宽度，取0.6m。3.4.2 边坡稳定性分析方

6、法边坡稳定性分析方法稳定系数计算稳定系数计算:(1)(1)直线法直线法适用对象：适用对象：砂土和砂性土（两者合称砂类土），破裂面近似为平面。砂土和砂性土（两者合称砂类土），破裂面近似为平面。抗滑力抗滑力:sinTG下滑力下滑力:costansinFGcLKTG稳定系数稳定系数:直线法计算示意图3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(1)(1)直线法直线法 均质砂类土路堤边坡均质砂类土路堤边坡最最小小稳稳定定系系数数计计算？算？第第1步：步：过坡脚过坡脚A点假设一个可能破裂点假设一个可能破裂面，其与水平面夹角为面，其与水平面夹角为，求解求解K；第第2步：步：改变改变，取，取34个可能破

7、裂面，个可能破裂面，求解求解K i；第第3步：步：绘制绘制Ki与与i之间的关系，拟合之间的关系，拟合得到最小稳定系数得到最小稳定系数Kimin和极限破裂面和极限破裂面倾角倾角。costansinFGcLKTG确定断面结构确定断面结构确定力学参数确定力学参数计算荷载当量高度计算荷载当量高度设定可能滑动面破裂角设定可能滑动面破裂角变化可能滑动面破裂角变化可能滑动面破裂角最小最小K K，极限，极限ENDEND直线法计算步骤：直线法计算步骤：3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法计算计算K K(1)(1)直线法直线法 均质砂类土路堤边坡均质砂类土路堤边坡3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定

8、性分析方法(1)(1)直线法直线法 均质砂类土路堤边坡均质砂类土路堤边坡例例1已知：已知：均质砂类土路堤边坡，路堤高度15m，顶宽10m，路堤边坡为1:1.5，路堤中心高度与边坡高度大致相同。土的粘聚力c=9.0kPa，内摩擦角25o，容重=17kN/m3，荷载为挂车-80（一辆车重力800kN，轮胎外缘距离b=3.4m，相邻两车辆净距d=0.6m，轴距L=12.8m）。试用直线法分析其边坡稳定性。解解第1步：绘制横断面图；3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(1)(1)直线法直线法 均质砂类土路堤边坡均质砂类土路堤边坡解解第2步：确定计算参数，c、；第4步：假设1#破裂面，与水平

9、面夹角1，求解稳定系数求解稳定系数K1；第3步：最不利布载，求当量高度求当量高度；2 800.99m17 7.4 12.8oNQhBLo39.0kPa=2517kN/mc、costansin205.74 17 cos15tan259 27.04205.74 17 sin152.14oooFGcLKTG 3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(1)(1)直线法直线法 均质砂类土路堤边坡均质砂类土路堤边坡解解第5步：假设i#(i=24)破裂面，破裂角i，求解求解Ki。第6步：绘制Ki与i之间的关系，得到最小稳定系数Kmin和极限破裂面倾角。破裂面编号滑动面积/m2自重/kN可能破裂角/内

10、摩擦角/粘聚力/kPa滑动面长度/L稳定系数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 25.0 9.0 35.49 1.56 429.11 494.87 30.0 25.0 9.0 31.98 1.97 min1.5723.27oK最小安全系数：极限破裂角：可能滑动面稳定系数计算结果汇总表可能滑动面稳定系数计算结果汇总表2015年度江苏高校土木工程青年教师讲课竞赛3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧

11、法适用对象：适用对象：适用于粘性土，破裂近似为圆柱形。适用于粘性土，破裂近似为圆柱形。圆弧法的基本原理与步骤圆弧法的基本原理与步骤基本原理基本原理：将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的下滑力矩和抗滑力矩，然后叠加计算整个滑动土体的稳定性。计算精度计算精度：主要与分段数有关，分段越多越精确。基本假定基本假定：一般假定土为均质和各项同性；不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响。滑动面通过坡角；极限滑动圆心在圆心辅助线上；3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧法主要步骤：主要步骤：第第1步：确定圆心辅助线，找出可能滑动面圆心；

12、步：确定圆心辅助线，找出可能滑动面圆心；第第2步：依次计算各可能滑动面的稳定系数；步：依次计算各可能滑动面的稳定系数；第第3步：绘制步：绘制“稳定系数稳定系数-可能圆心可能圆心”之间的关系之间的关系曲线，确定极限滑动圆心和极限滑动面；曲线，确定极限滑动圆心和极限滑动面；圆圆心心辅辅助助线线4.5H法法36线法线法考虑换算土层高度考虑换算土层高度不考虑换算土层高度不考虑换算土层高度4.5H法一法一4.5H法二法二考虑换算土层高度考虑换算土层高度不考虑换算土层高度不考虑换算土层高度36线法一线法一36线法二线法二最简单，误差大最简单，误差大较复杂，最精确较复杂，最精确3.4.2 边坡稳定性分析方法

13、边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧法确定圆心辅助线确定圆心辅助线由坡角E向下引竖线，在竖线上截取高度H=h+h0，得F点。自F点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得M点。连接坡角E和顶点S，求得SE的斜度i0=1/m，据此查表3-11得1和2值。由E点作与SE成1角的直线，由S点作与水平线成2角的直线，两线相交得I点。连接I和M两点即得圆心辅助线。3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧法确定圆心辅助线确定圆心辅助线不考虑荷载换算土层厚度h0，即Hh，斜度i0按边坡角、坡顶的连线AB与水平线的夹角来计算，其他步骤同（1）。由荷载换算土柱高顶点作与水平线成

14、36角的线EF，即得圆心辅助线由坡顶处作与水平线成36角的线EF，即得圆心辅助线。3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧法求解稳定系数求解稳定系数基本步骤：基本步骤：（1）通过坡角任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，半径为R，沿路线纵向取单位长度1m。将滑动土体分成若干个一定宽度的土条（一般取24m）。（2）计算每个土条的土重Gi，Gi可分解为垂直于小段滑动面的法向分力NiGicosi和平行于该面的切向分力TiGisini，isin-1(xi/R)（3）计算每一小段滑动面上的反力，即内摩擦力Nif（ftgi）和粘聚力cLi3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分

15、析方法(2)(2)圆弧法圆弧法求解稳定系数求解稳定系数nimiiisTTRM11niiniircLfNRM11miiiniiiniiimiiniiniiniisrGGcLGfTTRcLfNRMMK1111111sinsincos(4）以圆心o为转动圆心，半径R为力臂，计算滑动面上各力对o点的滑动力矩和抗滑力矩。滑动力矩：抗滑动力矩：（5）求稳定系数K值基本步骤：基本步骤：3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧法求解稳定系数求解稳定系数计算过程中的假设：计算过程中的假设：3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧法确定极限滑动面和极限滑

16、动圆心确定极限滑动面和极限滑动圆心再假定几个可能的滑动面，计算相应再假定几个可能的滑动面，计算相应k值，值，在圆心辅助线在圆心辅助线MI上绘出稳定系数上绘出稳定系数k1、k2kn对应于对应于O1、O2On的关系曲线的关系曲线K=f(O)；与曲线与曲线f(O)相切的点，对应的圆心，即为相切的点，对应的圆心，即为极限滑动圆心极限滑动圆心；与之对应的滑动面，即为与之对应的滑动面，即为极限滑动面极限滑动面；相应的稳定系数即为相应的稳定系数即为极限稳定系数极限稳定系数Kmin，在，在1.251.5之间之间；当当Kmin小于容许稳定系数时，则放缓边坡，再按上述方法进行小于容许稳定系数时，则放缓边坡，再按上

17、述方法进行计算稳定性验算。计算稳定性验算。圆心O，半径R分条编号列表计算 Wi bi i变化圆心O和半径RK最小ENDAORCaibBn i 321圆弧法计算步骤3.4.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法(2)(2)圆弧法圆弧法计算K3.4.3 浸水路堤稳定性分析浸水路堤稳定性分析(1)(1)浸水路堤的特点浸水路堤的特点河滩路堤除承受外力及自重外，还要承受浮力浮力及渗透动水压力渗透动水压力的作用。由于在土体内渗水速度比河中水位升降速度慢，所以当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（浸润线）成凹形；当水位下降时，浸润线成凸形。浸水路堤：浸水路堤：修筑在桥头引道、河滩、河流沿岸，受到季节性或长

18、期浸水的路堤。特点一特点一 稳定性受水位降落的影响稳定性受水位降落的影响3.4.3 浸水路堤稳定性分析浸水路堤稳定性分析(1)(1)浸水路堤的特点浸水路堤的特点最佳密实的粘性土，透水性很弱，水位涨落对边坡稳定性影响不大。水位骤然下降时，由于水位差异，其渗透动水压力方向指向土体外面，这就剧烈破坏路堤边坡的稳定性，并可能产生边坡凸起和滑坡现象。如路堤两侧边坡上水位不一致，会产生横穿路堤的渗透。亚砂土、亚粘土填筑的浸水路堤，必须进行渗透动水压力计算。水位降落时浸润曲线水位不一致时浸润曲线特点二特点二 稳定性与路堤填料稳定性与路堤填料透水性有关透水性有关砾石土路堤空隙大，透水性很强，水位涨落对边坡稳定

19、性影响不大。3.4.3 浸水路堤稳定性分析浸水路堤稳定性分析(2)(2)浸水路堤的高度与断面形式浸水路堤的高度与断面形式一般浸水路堤：一般浸水路堤：最低设计高程=设计洪水位+0.5m壅水和波浪侵袭路堤：壅水和波浪侵袭路堤：最低设计高程=设计洪水位+可能的壅水高度+波浪侵袭高度+安全高度(0.5m)一般浸水路堤断面形式设台阶或保护坡道的浸水路堤3.4.3 浸水路堤稳定性分析浸水路堤稳定性分析(3)(3)渗透动水压力的计算渗透动水压力的计算0BID式中：I 渗透水力降坡（用浸润曲线的平均坡降）；B 浸润曲线与滑动面之间的面积，m2；0 水的容重，kN/m33.4.3 浸水路堤稳定性分析浸水路堤稳定

20、性分析(4)(4)浸水路堤边坡稳定性分析浸水路堤边坡稳定性分析最不利情况：最高水位骤然降落采用圆弧法进行浸水路堤边坡稳定分析RSDTTLcLcNfNfSDRTTRLcLcNfNfMMKnBcBBccBBccnBcBBccBBcc/滑动抵抗3.4.3 浸水路堤稳定性分析浸水路堤稳定性分析(4)(4)浸水路堤边坡稳定性分析浸水路堤边坡稳定性分析合理选定路堤高度，（一般情况：H大于设计洪水位+安全高度0.5m,大河或水库路堤：H=设计洪水位+雍水高+波浪高+安全高度0.5）浸水部分采用较缓的边坡设护坡道、防护加固、设置导流结构物边坡稳定性分析浸水路堤设要点：浸水路堤设要点：3.4.3 浸水路堤稳定性

21、分析浸水路堤稳定性分析(4)(4)浸水路堤边坡稳定性分析浸水路堤边坡稳定性分析3.4.4 陡坡路堤稳定性分析陡坡路堤稳定性分析(1)(1)陡坡路堤概述陡坡路堤概述分析环境：分析环境：当路堤修筑在陡坡上，且地面横坡度大于1：2.0或在不稳固的山坡上时，路基不仅要分析路堤边坡稳定性，还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。滑动原因：滑动原因：基底接触面陡峭或强度较弱基底在较厚软土层上基底下岩层强度不均匀3.4.4 陡坡路堤稳定性分析陡坡路堤稳定性分析(2)(2)陡坡路堤边坡稳定性分析方法陡坡路堤边坡稳定性分析方法1 1）直线滑动面法：）直线滑动面法：适用于：基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体

22、下滑。sincosPQcLtgPQK式中：Q 对于以基底接触面为滑动面者，等于路堤自重；对于以基底以下软弱面为滑动面者，等于路堤连同其下不稳定土的自重；P 路堤顶换算土柱荷载。3.4.4 陡坡路堤稳定性分析陡坡路堤稳定性分析(2)(2)陡坡路堤边坡稳定性分析方法陡坡路堤边坡稳定性分析方法nnnnnnnnnnnnLctgENKETE1111sin1cosTn 第n个条块的自重Qn与荷载Pn的切线下滑力；Nn 第n个条块的自重Qn与荷载Pn的法向分力；En-1 上一个第n-1个条块传递而来的剩余下滑力。当最后的剩余下滑力0，认为稳定。原理：原理：当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，可将滑动面上土体折

23、线段划分为若干条块，自上而下分别计算各土体的剩余下滑力，根据最后一块的剩余下滑力的正负值确定其整体稳定性。2 2）折线滑动面法：）折线滑动面法：稳定措施：稳定措施：改善基底状况，增加滑动面的摩擦力或减小滑动力：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；改变填料及断面形式：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；在坡脚处设支挡结构物：在坡脚处设支挡结构物：石砌护脚、干砌或浆砌挡土墙3.4.4 陡坡路堤稳定性分析陡坡路堤稳定性分析(2)(2)陡坡路堤边坡稳定性分析方法陡坡路堤边坡稳定性分析方法2015年度江苏高校土木工程青年教师讲课竞赛THANKS