《路面路基工程》4章 路基稳定性计算

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,路面路基工程,汽车与交通学院,第四章 路基稳定性分析计算,学习要点：,掌握直线法验算及分段圆弧法验算路堤边坡稳定性；,熟悉陡坡路堤稳定性验算 ；,了解河滩路堤稳定性验算 ；,第一节 边坡稳定性分析原理与方法,一,.,边坡稳定原理,静不定问题,1.,通常按,平面问题,来处理。,2.,松散的砂性土和砾（石）土,在边坡稳定分析时可采用,直线破裂法,。,静定问题所作假设,：,3.,粘性土,在边坡稳定分析时可采用,圆弧破裂面法,。,边坡稳定分析时，大多采用近似 的方法，并假设：,1.,不考虑滑动土体本身内应力的分布。,2.,认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑。,3.,极限滑动面位置需要通过试算来确定。,二,.,边坡稳定性分析的计算参数,（一）土的计算参数,1.,对于路堑或天然边坡取：原状土的容重,、内摩擦角和粘聚力。,2.,对于路堤边坡，应取与现场压实度一致的压实土的试验数据。,3.,边坡由多层土体所构成时：,（,4-1,）,（,4-2,）,（,4-3,）,适用于粗略分析,（二）,.,边坡稳定性分析边坡的取值,a),取平均值,b),取坡顶与坡脚点连线,(,三）汽车荷载当量换算,边坡稳定分析时，需要将车辆按最不利情况排列，并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高，以,h,o,表示：,（,4-4,）,式中：,N,横向分布的车辆数；,Q,每辆车的重力，,kN,；,L,汽车前后轴的总距：汽,-10,级和汽,-15,级，,L,4.2m,，汽,-20,级重车，,L,5.6m,；,B,横向分布车辆轮胎最外缘之间的距离；,汽车荷载是静载还是动载？,三,.,边坡稳定性分析方法,力学分析法,数解法,图解法或表解法,工程地质法,一）,.,力学分析法,1.,直线法,适用性,：适用于砂土和砂性土，土抗力以内摩擦力为主，粘聚力很小。,路堤：,由于砂性土粘聚力很小，可忽略不计则式（,4-5,）可表达为：,（,4-5,）,（,4-6,）,K,1,时，滑动面土体处于极限平衡状态，此时路堤的极限坡度等于砂类土的内摩擦角，该角相当于,自然休止角,同学们，还记得大明湖畔的自然休止角吗,3035,路堑：,式中：,a,0,参数，,按微分法，当,dK/d,0,可求,K,最小时破裂面倾斜角,0,值：,则：,成层砂类土边坡：,（,4-10,）,如果某一分块有换算土柱荷载，该分块应包括换算土柱荷载在内。,稳定系数,K,min,应大于,1.25,，但,K,值也不宜过大，以免造成不经济。,2.,圆弧法,适用性：边坡有不同的土层、均质土边坡，部分被淹没、均质土坝，局部发生渗漏、边坡为折线或台阶形的粘性土的路堤与路堑。,1,）,圆弧法的基本原理与步骤,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和抗滑力，然后叠加计算整个滑动土体的稳定性。,计算精度：,主要与分段数有关，分段越多越精确。,基本假定,：,一般假定土为,均质和各项同性,；,滑动面,通过坡角,；,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。,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,。,（,2,）,计算,每个,土条的土体重,G,i,，,G,i,可分解为垂直于小段滑动面的法向分力,N,i,G,i,cos,i,和平行于该面的切向分力,T,i,G,i,sin,i,，,i,sin,-1,(x,i,/R),（,3,）,计算,每一小段滑动面上的,反力,，即,内摩擦力,N,i,f,（,f,tg,i,）和,粘聚力,cL,i,(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,（,4-11,）,即书上所谓代数和，即，滑动力矩,-,抗滑力矩,2,）,.,确定极限滑动面,再假定几个可能的滑动面，按上述步骤计算相应的稳定系数,K,，在圆心辅助线上绘出稳定系数对应于圆心的关系曲线,K,f,（,o,），,在该,曲线最低点作圆心辅助线的平行线,，,与曲线,f,（,o,）相切的切点对应的圆心为极限滑动面圆心,，对应的滑动面为极限滑动面，相应的稳定系数为,极限稳定系数,，其值,应在,1.25,1.5,之间,。,3,）,确定圆心辅助线,4.5H,法,（,1,）,4.5H,法,：,由坡角,E,向下引竖线，在竖线上截取高度,H=h+h,0,，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,i,0,=1/m,，据此查表得,1,和,2,值。由,E,点作与,SE,成,1,角的直线，再由,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。,（,2,）,简化的,4.5H,法,：,不考虑荷载换算土层厚度,h,0,，即,H,h,，斜度,i,0,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,）。,（,3,）,36,法一,：,由荷载换算土柱高顶点作与水平线成,36,角的线,EF,，即得圆心辅助线,（,4,）,36,法二,：,由坡顶处作与水平线成,36,角的线,EF,，即得圆心辅助线。,此方法不大准,第二节 陡坡路堤稳定性,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,。,陡坡路堤滑动的几种可能：,一,.,陡坡路堤,二,.,陡坡路堤边坡稳定性分析方法,1.,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下滑。,（,4-13,）,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。,2.,折线滑动面法：,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,。,式中：,T,n,第,n,个条块的自重,Q,n,与荷载,P,n,的切线下滑力；,N,n,第,n,个条块的自重,Q,n,与荷载,P,n,的法向分力；,E,n-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,。,第三节 浸水路堤稳定性,一,.,渗透动水压力的作用,河滩路堤除承受,外力,及,自重,外，还要承受,浮力,及,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,。,当路堤一侧或两侧水位发生变化时，水的,渗透速度,与,土的性质和时间,有关。,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。,高水位时，如路堤两侧边坡上水位不一致，会产生横穿路堤的渗透。,粘性土填筑的浸水路堤，必须进行渗透动水压力计算。,二,.,渗透动水压力的计算,（,4-15,）,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，,m,2,；,0,水的容重，,kN/m,3,三,.,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,（,4-16,）,