路基路面工程 - 第四章路基稳定性

1、第四章第四章 路基稳定性路基稳定性 设计设计 第一节第一节 概述概述 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 1）边坡土质）边坡土质 2）工程质量与经济）工程质量与经济 3）边坡的几何形状）边坡的几何形状 4）水文条件）水文条件 5）地震及其他震动荷载）地震及其他震动荷载 2 边坡稳定性设计方法边坡稳定性设计方法 路基边坡稳定性分析与验算的方法很多，归纳起来有力力 学验算法学验算法和工程地质法工程地质法两大类。 力学验算法又叫极限平衡 法，假定边坡沿某一形状滑动面破坏，按力学平衡原理进行 计算。因此，根据滑动面形状的不同，又分为直线法，圆弧直线法，圆弧 法和折线法法和折线法三种

2、。力学验算的基本假定是： 1）破裂面以上的不稳定土体沿破裂面作整体滑动， 不考虑其内部的应力分布不均和局部移动 2）土的极限状态只在破裂面上达到平衡 路基边坡稳定计算，稳定系数： RQco stan Tsin cL K Q 抗 滑 力 下 滑 力 安全系数K一般采用1.201.30，作为边坡路基稳定性 分析的极限值 3 路基边坡稳定性验算的数据路基边坡稳定性验算的数据 粘结力c和内摩阻角是决定土体抗剪强度的 两个参数，亦即土的抗剪强度指标。 如边坡由多层土体组成，可采用加权平均 法求得 。 4 荷载当量高度计算荷载当量高度计算 把车辆荷载换算成当量土柱高，即以相等 压力的土层厚度来代替荷载，叫

3、当量高度当量高度，用 h0表示 0 /hNQLB h0荷载当量高度，m； N横向分布的车辆数； Q一辆车的重力，一级标准车为550N； L车辆前后轮最大轴距，按2003规范一级荷载 为12.8m； 路基填料的重度，N/m3； B荷载横向分布宽度，m； B=Nb+(N-1)m+d b后轮轮距,取1.8m ； m相邻两车后轮的中心间距,取1.3m。 d 轮胎着地宽度，取0.6m 第二节直线滑动面的边坡稳定性分析 1、适用范围 直线法适用于砂土和砂性土（两者合称砂类土）， 土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力甚小。边坡破坏时， 破裂面近似平面。 2、试算法 二、解析法 陡坡路堤及其稳定性陡坡路堤及其稳定性

4、 1 1、陡坡路堤、陡坡路堤 陡坡路堤是指修筑在陡坡（地面横坡大于陡坡路堤是指修筑在陡坡（地面横坡大于1:2-1:2.51:2-1:2.5）上）上 及不稳固山坡上的路堤及不稳固山坡上的路堤 2 2、陡坡路堤的稳定性问题：、陡坡路堤的稳定性问题： 路堤有沿陡坡或不稳定山坡下滑的可能性，涉及稳定问题，路堤有沿陡坡或不稳定山坡下滑的可能性，涉及稳定问题， 有以下几种可能情况：有以下几种可能情况： 1 1）基底接触面较陡或强度较弱，路堤整体沿基底接触面）基底接触面较陡或强度较弱，路堤整体沿基底接触面 滑动；滑动； 2 2）路堤修筑在较厚的软弱土层上，路堤连同其下的软弱）路堤修筑在较厚的软弱土层上，路堤

5、连同其下的软弱 土层沿某一滑动面滑动；土层沿某一滑动面滑动； 3 3）基底岩层强度不均匀，致使路堤沿某一最弱层面滑动。）基底岩层强度不均匀，致使路堤沿某一最弱层面滑动。 3 3、陡坡路堤稳定性分析：、陡坡路堤稳定性分析： 陡坡路堤产生下滑的主要原因是地面横坡较陡、基底土陡坡路堤产生下滑的主要原因是地面横坡较陡、基底土 层软弱或强度不均匀，因此，计算参数应取滑动面附近较软层软弱或强度不均匀，因此，计算参数应取滑动面附近较软 弱的土的实测数据，并考虑浸水后的强度降低。一般可在基弱的土的实测数据，并考虑浸水后的强度降低。一般可在基 底开挖台阶时选择测试数据中较低的值并按受水浸湿的程度底开挖台阶时选择

6、测试数据中较低的值并按受水浸湿的程度 予以适当折减。予以适当折减。 陡坡路堤的稳定性分析假定路堤整体沿滑动面下滑，因陡坡路堤的稳定性分析假定路堤整体沿滑动面下滑，因 此，稳定性分析方法可按滑动面形状分为此，稳定性分析方法可按滑动面形状分为直线法和折线法直线法和折线法。 陡坡路堤稳定性分析方法陡坡路堤稳定性分析方法 直线法：当基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑 时，可用直线滑动面法进行分析。稳定系数按下式计算： F=(Q+P)F=(Q+P)coscos tgtg + + cLcL T=( T=(Q+P)Q+P)sin sin 稳定系数：稳定系数： K=F/TK=F/T 折线法：当滑动面为多

7、个坡度的折线倾斜面时，可将滑动面折线法：当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，可将滑动面 上土体按折线段划分为着干条块，自上而下分别计算各土体的上土体按折线段划分为着干条块，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数值判断路堤的整剩余下滑力，根据最后一块的剩余下滑力的数值判断路堤的整 体稳定性。稳定分析过程如下：体稳定性。稳定分析过程如下： 最后一块土体的下滑力大于零时，则认为路堤不稳定；否最后一块土体的下滑力大于零时，则认为路堤不稳定；否 则，认为路堤是稳定的。则，认为路堤是稳定的。 第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析 土的粘力使边坡滑动面多呈现曲面，通常假定为土的粘力使边

8、坡滑动面多呈现曲面，通常假定为圆弧滑圆弧滑 动面。动面。 圆弧滑动面的边坡稳定的计算方法有条分法及简化的圆弧滑动面的边坡稳定的计算方法有条分法及简化的 表解和图解法等。表解和图解法等。圆弧法适用于粘土，土的抗力以粘聚力圆弧法适用于粘土，土的抗力以粘聚力 为主，内摩擦力力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。为主，内摩擦力力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。 1.1.原理原理: :将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次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，然后叠加计算计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，然后叠加计算 出整个滑动土体的稳定性出整

9、个滑动土体的稳定性。 2 2、适用条件：适用条件：成层，匀质边坡；各种形式的粘性路基，路成层，匀质边坡；各种形式的粘性路基，路 堑边坡。堑边坡。 计算步骤：计算步骤： 1、过边坡脚取圆弧，划分一定宽度的垂直土条。一般取宽、过边坡脚取圆弧，划分一定宽度的垂直土条。一般取宽 度度24m。 2、计算每条土重、计算每条土重,并进行分解并进行分解 3、计算每一小段滑动面上的抗滑力矩和滑动力矩。、计算每一小段滑动面上的抗滑力矩和滑动力矩。 4、计算总的抗滑力矩和滑动力矩、计算总的抗滑力矩和滑动力矩 5、求稳定系数、求稳定系数 条分法是一种试算法，应选取不同圆心位置和不同半径进行条分法是一种试算法，应选取不

10、同圆心位置和不同半径进行 计算，求最小的安全系数，如果计算，求最小的安全系数，如果Kmin=1.25-1.50之间，则边之间，则边 坡稳定，否则重新计算。坡稳定，否则重新计算。 条分法分析步骤条分法分析步骤I I a b c d i i A B H 2.2.任选一圆心任选一圆心O O，确定，确定 滑动面，将滑动面以上滑动面，将滑动面以上 土体分成几个等宽或不土体分成几个等宽或不 等宽土条等宽土条 3.3.每个土条的受力分析每个土条的受力分析 静力平衡静力平衡 iii WNcos iii WTsin ii ii i i W ll N cos 1 1 sin i iii ii T W ll 1.1

11、.按比例绘出土坡剖面按比例绘出土坡剖面 Ni Ti Wi 条分法分析步骤条分法分析步骤 )tancos( tan iiiii iiiiifi lcWR lcRlRRT a b c d i i O C R A B H Ni Ti Wi iii WNcos iii WTsin 4.4.滑动面的总滑动力矩滑动面的总滑动力矩 iii WRTRTRsin 5.5.滑动面的总抗滑力矩滑动面的总抗滑力矩 6.6.确定安全系数确定安全系数 cos sin iiii i ii WtgclT R K TRW 2、图式、图式 重点：圆弧圆心确定重点：圆弧圆心确定 为了较快地找到极限滑动面，减少试算工作量，根据经验，

12、为了较快地找到极限滑动面，减少试算工作量，根据经验， 极限滑动圆心在一条线上，该线即是圆心辅助线。确定圆心辅极限滑动圆心在一条线上，该线即是圆心辅助线。确定圆心辅 助线可以采用助线可以采用4.5 H法或法或36线法。线法。 4.5H法法：过：过A向下作垂直向下作垂直 AC=H，过，过C作水平线作水平线CD=4.5H， 过过A作一线作一线AO与与AB夹夹 1 1角，过角，过 B作作OB与水平线夹角与水平线夹角 2 2，交于，交于 O点，连点，连OD作延长线，在其上作延长线，在其上 取取O1、O2、O3点，求点，求K1、K2、 K3，取小值。，取小值。 大量计算表明大量计算表明 当土的内摩擦角当土

13、的内摩擦角=0时，最危险圆弧滑动面为一通过坡脚时，最危险圆弧滑动面为一通过坡脚 的圆弧，其圆心为的圆弧，其圆心为I点。点。 当土的内摩擦角时，最危险圆弧滑动面也为一通过坡脚当土的内摩擦角时，最危险圆弧滑动面也为一通过坡脚 的圆弧，其圆心在的圆弧，其圆心在MI的延长线上。的延长线上。 36线法线法 由荷载换算土柱高顶点作与水平线成由荷载换算土柱高顶点作与水平线成36角的线角的线EF，即，即 得圆心辅助线。得圆心辅助线。 由坡顶处作与水平线成由坡顶处作与水平线成36角的线角的线EF，即为圆心辅助线。，即为圆心辅助线。 3、计算式 路堤各层路堤各层填料性质不同填料性质不同（计算参数：内摩擦角、粘（计

14、算参数：内摩擦角、粘 结力、重度不同）时，所采用验算数据可按加权平均法结力、重度不同）时，所采用验算数据可按加权平均法 求得。求得。 二、条分法的表解和图解二、条分法的表解和图解 条分法计算工作量较大，可以简化为表解法和图解法，此法不条分法计算工作量较大，可以简化为表解法和图解法，此法不 计行车荷载，圆心位置用计行车荷载，圆心位置用36o法确定。法确定。 1、定义、定义:将分析结果绘制成系列图表，结合相应公式求将分析结果绘制成系列图表，结合相应公式求K的一的一 种边坡稳定分析方法种边坡稳定分析方法. 2、公式、公式:K=fA+c/rHB 例：路堤高例：路堤高12m，顶宽，顶宽16m，土的，土的

15、c10KPa，f=0.404,r 16.8KN/m3边坡坡度边坡坡度1：1.5，用表解法分析，用表解法分析K. 第四节 软土地基稳定性分析 软土软土是由天然含水率大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物是由天然含水率大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物 及少量腐殖质所组成的土，主要有淤泥、淤泥质土及泥炭。及少量腐殖质所组成的土，主要有淤泥、淤泥质土及泥炭。 软土分为四种软土分为四种：河海沉积、湖泊沉积、江滩沉积、沼泽沉积：河海沉积、湖泊沉积、江滩沉积、沼泽沉积 软土的危害软土的危害：强度低，填土受压，可能产生侧向滑动或较大沉：强度低，填土受压，可能产生侧向滑动或较大沉 降，导致路基破坏。降，导致路基破坏。 采取措施：采取措施：对于薄层软土，换填土；对于薄层软土，换填土； 软土层较厚，进行稳定分析软土层较厚，进行稳定分析,看是否达到要求，从而看是否达到要求，从而 采取加固措施采取加固措施;或者采用其他结构物或者采用其他结构物-修筑桥梁。修筑桥梁。 临界高度临界高度指天然路基状态下，不采取任何加固措施，所容许的指天然路基状态下，不采取任何加固措施，所容许的 路基最大填土高