chap4路基边坡稳定性设计

chap4 路基边坡稳定性设计 4-1 边坡稳定性分析原理4-2 边坡稳定性计算4-3 陡坡路堤稳定性验算4-4 软基处理路基稳定性分析4-5 浸水路堤稳定性回目录4-1 边坡稳定性分析原理边坡稳定性分析原理 路基稳定性设计就是对其边坡稳定性进行分析和验算，以确定合理的路基横断面形式。一、边坡稳定性设计的目的、对象、基本假定和参数取值一、边坡稳定性设计的目的、对象、基本假定和参数取值。1、目的、对象、目的、对象：目的：寻求合理的断面稳定形式及适当的边坡值 或确定必要的加固方法。对象：高填、深挖路基。2、边坡稳定分析：、边坡稳定分析： 边坡破坏时形成一滑动面，其形状与土质有关。 粘性土：滑动面象碗形或圆柱形； 松散的砂性土及砂土：滑动面类似于一平面。 Rupture plane Slope in cohesionless soil 如果下滑面是单一平面，则根据静力平衡原理可以求解力未知量，这是一个静力平衡问题；如果下滑面具有二个破坏面，稳定性分析必须确定两个破坏面上的法向力大小和作用点，但只能建立三个平衡方程，因此是一个超静定问题超静定问题。TWN NTWT1N1WT2N2A）直线破坏面 B）折线破坏面 图4-1 边坡的滑动面 如果下滑面具有多个破坏面，稳定性分析时必须确定每个破坏面法向力的大小和作用点，同样只能建立三个平衡方程，因而这是一个多次超静定问题多次超静定问题(图4-2)。TNWC）曲线破坏面 图4-2 边坡的滑动面 要解决这个问题，必须作一些假设，使之变成静定问题静定问题。 （1）力学分析时按平面问题处理； （2）松散的砂性土和砾石土采用直线破裂面法； （3）粘性土采用圆弧破裂面法。基本假定：基本假定：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，滑动时成整体下滑。3）最危险滑动面位置，通过试算来确定。3、所需参数取值、所需参数取值 1）对于路堑或天然土坡为： 原状土容重（kN/m3） 内摩擦角（） 粘聚力C (kPa)2）对于路堤填普通土者为： 压实后的容重（kN/m3） 内摩擦角（） 粘聚力C (kPa)二、荷载当量高度：二、荷载当量高度： 以相等压力的土层厚度来代替荷载。当量高度h0的计算公式： h0=NQ/(LB)式中：B横向分布车辆轮胎（或履带）外缘之间的距离（m） B=Nb+(N-1)d b轮胎外侧宽 d相邻两轮胎外侧间距 L汽车前后轴的总距（4-1） 三、多层土体的计算参数三、多层土体的计算参数在验算时，若边坡由多层土体所构成，则参数C、值可采用加权平均法求得Hhchhhhchchccniiinnn1212211 Htghhhhtghtghtghtgniiinnn1212211Hhhhhhhhniiinnn1212211（4-2） 五、验算边坡的取值五、验算边坡的取值 对于折线形或阶梯形边坡，一般可取加权平均值加权平均值。CDEBA1 : n1 : n1 : nh1h2h3h图4-2 边坡取值示意图 图4-2a 图4-2b 取AB线 取坡脚点和坡顶点的连线4-2 4-2 边坡边坡稳定性计算稳定性计算一、路基稳定性验算方法一、路基稳定性验算方法1、工程地质比拟法（经验法）、工程地质比拟法（经验法） 根据不同的土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的资料调查，拟定边坡稳定值参考数据。 在设计时，将影响边坡稳定的因素作比较，采用类似条件下的稳定边坡值。2、力学计算法（理论法）、力学计算法（理论法） 基本原理：K=F/T（抗滑力/滑动力）按验算方法分： 1）数解法数解法 此法较精确，但计算较繁顼。 利用力学平衡原理确定最危险滑动面，再判断是否稳定。假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分析，从中找出极限滑动面，从而判断边坡的稳定性。 2）图解或表解法图解或表解法 方法较简单，但没有数解法精确。 在计算机和图解分析的基础上，制定成图或表，用查图法或查表法进行边坡稳定性分析。 根据滑动面类型分为： 直线法直线法（砂土、砂性土）值大，C值小 圆弧法圆弧法（粘性土）值小，C值大二、直线法验算二、直线法验算（一）不纯净的均质砂类土路堤边坡（一）不纯净的均质砂类土路堤边坡GSinCLtgGCosTFK图4-3-1 直线法计算图式 （4-3） 求解方法：1、试算法试算法求k kminmin 当进行边坡稳定性计算时，a、f、Q均为已知值，利用假定法（试算法），假设几个滑动面（i），求出最小的稳定性系数k kminmin （即最危险滑动面）2、理论法理论法求k kminmin 利用k=f()k=f()的函数关系，对其求导求导，可得边坡稳定系数最小值的表达式，用以代替试算法，计算工作可大为简化。边坡稳定分析步骤边坡稳定分析步骤：1、先假定路堤边坡值；2、然后通过坡脚A点，假定3到4个可能的破裂面，求出相应的稳定系数Ki值，得到关系曲线；3、在其上找到最小稳定系数及其对应的极限破裂角。 图4-3-2 直线法计算图（试算法） 纯净的粗中砂或干燥纯净的细砂纯净的粗中砂或干燥纯净的细砂时：由于砂类土的粘接力很小，一般可忽略不计。（C=0）25.1tgtgTFK当K=1K=1时： 即抗滑力等于下滑力，滑动面上土体处于极限平衡状态，此时的坡度角称为“天然休止角天然休止角”，等于土体的内摩擦角。K=1.25K=1.25时： tg=0.8tg。 由此可见，用松散性填料修建的路堤其边坡角的正切值，不宜大于填料磨擦系数0.8倍。（4-4） 例4-1：对于纯净的粗中砂或干燥纯净的细砂，当填料=40时， 如果采用1：1.5的路基边坡，是否稳定？ 解：当填料=40时， 根据 tg=0.8tg=0.6713得=3552。 对于1：1.5的路基边坡。 相应的边坡角=3341 由于,该边坡稳定。 由此类推，如1，就应满足稳定要求，但实际工程中，有些土坡安全系数虽大于1，还是发生了滑动；而有些土坡安全系数小于1，却是稳定的。这是因为影响安全系数的因素很多，如抗剪强度指标的选用、计算方法的选择、计算条件的选择等。目前对土坡稳定容许安全系数的数值，各部门尚无统一标准，选用时要注意计算方法、强度指标和容许安全系数必须相互配合，并要根据工程不同情况，结合当地已有经验加以确定。