路基路面工程课件

1、路基路面工程l 边坡稳定性分析原理与方法 陡坡路堤稳定性 浸水路堤稳定性第四章 路基边坡稳定性设计Slope Stability of Subgrade Design重点路基路面工程l学习要点：掌握直线法及分段圆弧法验算路堤边坡稳定性； 了解陡坡路堤稳定性验算 ； 了解河滩路堤稳定性验算 ；路基路面工程l一般情况下，对于边坡不高的路基(不超过8.0的土质边坡，不超过12.0m的石质)边坡，可按一般路基设计，采用规定的边坡值，不做稳定性分析，l地质与水文条件复杂，高填深挖或特殊需要的路基，应进行边坡稳定性分析计算，据此选定合理的边坡及相应的工程技术。注意：路基路面工程第一节 边坡稳定性分析原理与

2、方法一. 边坡稳定原理sincosGcltgGTFK路基路面工程通常按平面问题来处理。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。空间问题平面问题粘性土在边坡稳定分析时可采用圆弧破裂面法。第一节 边坡稳定性分析原理与方法一. 边坡稳定原理1、假设路基路面工程边坡稳定分析时，大多采用近似的方法，并假设：不考虑滑动土体本身内应力的分布。认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑。极限滑动面(sliding surface)位置需要通过试算来确定。第一节 边坡稳定性分析原理与方法一. 边坡稳定原理路基路面工程二. 边坡稳定性分析的计算参数（一）土的计算参数 对于路堑或天然边坡取：原

3、状土的容重(unit weight) 、内摩擦角(angle of internal friction)和粘聚力(adhesion strength)。2. 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. 3. 边坡由多层土体所构成时：niiniiihhcc11niiniiihtghtg11（4-1）（4-2）niiniiihh11（4-3）第一节 边坡稳定性分析原理与方法路基路面工程（二） 边坡稳定性分析边坡(side slop)的取值对于折线形、阶梯形边坡：取平均值。如：a图去AB线；b图取坡脚与坡顶的连线第一节 边坡稳定性分析原理与方法二. 边坡稳定性分析的计算参数路基

4、路面工程(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ho表示：BLNQho（4-4）式中：N 横向分布的车辆数（为车道数）；Q 每辆重车的重力，kN（标准车辆荷载为550KN）L 汽车前后轴的总距：汽-10级和汽-15级，L4.2m，汽-20级重车，L5.6m；汽-超20级L12.8mB 横向分布车辆轮胎最外缘之间的距离；b轮距1.8m；m 相邻两辆车后轮中心距，1.3md轮胎着地宽度；可以认为ho 分布在整个路基宽度上第一节 边坡稳定性分析原理与方法二. 边坡稳定性分析的计算参数dmNNbB1路基路面工程三. 边坡稳定性分析方法力学

5、分析法数解法图解法或表解法工程地质法：根据已成不同土类或岩体边坡的大量经验数据，拟定出路基边坡稳定值参考表，供设计参考，属实践经验的对比 一般情况，土质边坡的设计，先按力学分析法进行验算，再以工程地质法予以校核，岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法，有条件时可以力学分析进行校核。第一节 边坡稳定性分析原理与方法路基路面工程（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：sincosGcltgGTFK由于砂性土粘聚力很小，可忽略不计则式（4-5）可表达为：tgtgTFK（4-5）（4-6）K1时，滑动面土体处于极限平衡状态，此时路堤的极限坡度等

6、于砂类土的内摩擦角，该角相当于自然休止角(angle of repose)当内摩擦角大于边坡坡角，路基自然稳定，与高度无关第一节 边坡稳定性分析原理与方法路基路面工程路堑：sincosGcltgGTFK)()(00ctgactgaf式中：a0 参数，hca20 按微分法，当dK/d0可求K最小时破裂面倾斜角0值：csc000afactgctg则：csc)(2)2(000minafactgfaK第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法tgf （4-7）（4-9）（4-6）路基路面工程成层砂类土边坡：sin)cos(1111iniiiiininiininiGlctgGTFK（4-10）如

7、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Kmin应大于1.25，但K值也不宜过大，以免造成不经济。第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法 注意：路基路面工程例题 ：某挖方边坡已知现拟定边坡为1：0.5，试验算其稳定性第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法mHmKNkPac0 . 6,/64.17,7 .14253，解： 该路基稳定因为中，得代入式由,25. 153. 1942778. 02,4663. 0251181. 1csc,6263, 5 . 0cotminminkkHcatgf路基路面工程2.圆弧法适用性：粘性土的路堤与路堑。1）圆弧法的

8、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：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；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；第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法路基路面工程基本步骤：（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

9、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cLi第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法路基路面工程(4(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(skid resistant moment)。滑动力矩：nimiiisTTRM11抗滑动力矩：niiniircLfNRM11（5 5）求稳定系数K值miiiniiiniiimiiniiniiniisrGGcLGfTTRcLfNRMMK1111111sinsincos（4-11）第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学

10、分析法路基路面工程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，从中找出最小的稳定系数Kmin,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1.251.5之间。当Kmin小于容许稳定系数时，则放缓边坡，再按上述方法进行计算稳定性验算。为了尽快地找到极限滑动面，减少计算量，根据经验，极限滑动圆心在一条直线上第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法路基路面工程2）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，据此查表得1和2值。由E点

11、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。4.5H法一（最精确）第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法路基路面工程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。4.5H法二3636法一法一3636法二法二（最简单，误差大）第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法路基路面工程第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法条分法的表解法： 供工

12、程设计估算使用，此法不计行车荷载，圆心位置用36法确定，适当增大稳定性系数原理 ：将土条的高度、宽度、及弧长统一换算成边坡高度H的函数，即：BHcAfKZHLXHbYHa则：,式中AB为换算系数(查表)，与XYZ有关，即：iiiXYZBXYXYAsin,sincos路基路面工程第一节 边坡稳定性分析原理与方法（一） 力学分析法例：已知某土坡试算土坡的稳定性。解：因m=1.5,查表的五个圆心的A、B值，该边坡稳定其中值，见下表，分别计算由25. 126. 1minKKBHcAfK式中AB为换算系数(查表)，与XYZ有关，即：iiiXYZBXYXYAsin,sincosmHmmkNkpac0 .1

13、0, 5 . 1,/66.16,8 . 92230，059. 0,404. 022tanHcf路基路面工程第二节 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(heavy grade)路堤(embankment)路基路面工程二. 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。sincosPQcLtgPQK（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

14、路堤连同其下不稳定土的自重；P 路堤顶换算土柱荷载。第二节 陡坡路堤稳定性路基路面工程2.折线滑动面法：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。第二节 陡坡路堤稳定性二. 陡坡路堤边坡稳定性分析方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。路基路面工程第三节 浸水路堤稳定性一

15、. 渗透(seepage)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(buoyancy)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。浸水路堤：修筑在桥头引道、河滩、河流沿岸，受到季节性或长期浸水的路堤实例路基路面工程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。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。第三

16、节 浸水路堤稳定性路基路面工程二. 渗透动水压力的计算0BID（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，m2；0 水的容重，kN/m3第三节 浸水路堤稳定性路基路面工程三. 浸水路堤(immerseable fill)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（4-16）第三节 浸水路堤稳定性路基路面工程三. 浸水路堤(immerseable fill)边坡稳定性分析第三节 浸水路堤稳定性假想摩擦角

17、法：适当改变填料的内摩擦角，利用非浸水时的方法，进行稳定性验算ananQQancLanQcLanQcLanQSBBBBBtttttt利用 代替 代入前述圆弧法中计算其稳定性B路基路面工程浸水路堤设计时：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三. 浸水路堤(immerseable fill)边坡稳定性分析第三节 浸水路堤稳定性路基路面工程路基路面工程路基路面工程路基路面工程路基路面工程第四节 软土地基的路基稳定性分析指天然地基状态下，不采取任何加固措施，所容许的路基最大填土高度1.均质薄层软土