路基路面3稳定分析计算

1、Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第四章路基稳定性分析计算东南大学交通学院路基路面工程教学小组huangxmseuTel: 025-8379 5184Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.主要内容u第一节概述u第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析u第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u第四节 软土地基的路基稳定性分析u第五节浸水路堤的稳定性分析u第六节 路基边坡抗震稳定性分析School of Transport

2、ation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述u宁淮高速公路School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述School of Transportation Southeast Unive

3、rsity，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Ge

4、nerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述 1、边坡种类：天然边坡、人工边坡。 边坡：具有倾斜坡面的岩土体。 土坡：具有倾斜坡面的土体。School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述天然边坡：江、河、湖、海岸坡山、岭、丘、岗、天然坡School of Transportation

5、 Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述人工边坡：挖方：沟、渠、坑、池填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述 2、什么是滑坡?边坡丧失其原有稳定性

6、，一部分土体相对与另一部分土体滑动的现象称滑坡。土坡滑坡前征兆：坡顶下沉并出现裂缝，坡脚隆起。School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor ev

7、aluation only.第一节概述 3、路基失稳的u-内部： （1）土质：各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等，遇水后软化，使原来的强度降低很多。 （2）土层结构：如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当下伏土层(或岩层)不透水时，容易在交界上发生滑动。 （3）边坡形状：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下缓的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，当土坡不高时尚可直立，但随时间和气候的变化，也会逐渐塌落。School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by

8、Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述 3、路基稳定性分析的u-外部： （1）降水或水的作用：持续的降雨或水渗入土层中，使土中含水量增高，土中易溶盐溶解，土质变软，强度降低；还可使土的重度增加，以及孔隙水的产生，使土体作用有动、静水，促使土体失稳，故设计斜坡应这些，采用相应的排水措施。 （2）振动的作用：如的反复作用下，砂土极易发生液化；粘性土，振动时易使土的结构破坏，从而降低土的抗剪强度；车辆运动、施工打桩或坡变形或失稳等。，由于振动也可使邻近土 （3）人为影响：由于人类不合理地开挖，特别是开挖坡脚；或开挖基坑、沟路

9、边坡时将弃土堆在坡顶附近；在斜坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节 概述 3、路基稳定性分析的：: 边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。： （1）滑面上的剪应力增加；（2）滑面上的抗剪强度减小。根本具体School of Transportation Southeast University，China东南大

10、学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述 4、边坡稳定性分析的计算参数土的计算参数、（可分层划段，使参数一致，一般采用直接快剪或三轴不排水剪切试验；高路堤时宜采用直接固结快剪或三轴固结不排水剪切试验；软土地基宜采用直接固结快剪或三轴不固结不排水剪切试验）B边坡的取值1:nh11:nE可取综合坡度值，也可用坡顶与坡脚连线近似表达h21:nhh3D汽车荷载的当量换算CANQ=BLgh0L=12.8m；Q=550kN；双车道N=2，单车道N=1；B=Nb+(N-1)m+d,b=

11、1.8m,m=1.3m,d=0.6m。School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述u试验参数School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述u5、假

12、定u1）基本假定不考虑滑动土体本身内应力分布；认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动时成整体下滑；最的破裂面位置通过试算确定。School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述 5、假定 2）滑动面的形状Slope incohesionless soilRupture plane无粘性土:平面非均质的多层土或含软弱夹层的土坡: 复合滑动面School of Transportat

13、ion Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科均质粘性土：光滑曲面（圆柱面/圆弧）Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第一节概述 6、土坡稳定性分析方法1） 按失稳土体的滑动面特征划分： 直线 曲线 折线2） 稳定性分析计算方法： 工程地质法（比拟法） 力学分析法 图解法School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creato

14、r Foxit SoftwareFor evaluation only.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。BDDBDAAc)Aa)b)直线滑动面示意图a)高路堤 b)深路堤 c)陡坡路堤School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第二节 直线滑动面的边坡稳定性

15、分析 2、试算法K = R = N f + cL = Q cosw tan j + cLQ sin wTT式中：滑动面的倾角；f摩擦系数，f=tan； L滑动面的长度； N滑动面的法向分力； T滑动面的切向分力；c滑动面上的粘结力；DB RTNAQ滑Q直线滑动面上的力系示意图方法：假定，计算K与的关系。当c = 0，K =tanvSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科H动a j : Fs 0 时，圆弧滑动面圆心的确定（续）最圆弧 滑动面也为一通过坡脚的圆弧，其圆心在ED的延长线上滑动面圆心的确定Fla

16、sh最School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析 5、圆弧滑动面的条分法- 5）条分法基本思路OCBiRdc滑动土体分为若干垂直土条HiAbaSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科土坡稳定安全系数各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩Generated

17、by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析nnM = Widi = Wi R sinqi滑动力矩5）条分法基本思路i=1i=1nM = Ti Ri=1抗滑力矩N = W cosq iiic l +W cosq tanjnM = R i iiiiKsi=1M = M School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科nci li +Wi cosqi tanji K = i=1 snWi sinqii=1T = ci

18、 li + Ni tanji iKsGenerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析6）条分法分析步骤I按比例绘出土坡剖面确定一圆心O，画出滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽或不等宽土条每个土条的受力分析OCBiRdcHiN i1 Wlscos b=AiiiliTi1liba假设两组合力(Pi，Xi)(Pi1，Xi1)tb= i lidWsiniiicXiWiXPi+1iPcos b= WNi+1iiibTi= Wi sin bia TNi静力平衡iSchool of Tran

19、sportation Soulthi east University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析O6）条分法分析步骤滑动面的总滑动力矩TR =RTi = RWi sinbi滑动面的总抗滑力矩TR = Rt fili = R(si tanji= R(Wi cosbi tanji + cili )确定安全系数CBiRdc+ ci )liHiAba= TR = (Wicos bitgji + cili )dFcsW sin

20、bXTWiiRiiXi+1PiPi+1ba TNiiSchool of Transportation Soulthi east University，China东南大学道路与铁道工程重点学科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计算，求最小的安全系数Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析O条RC分法计算步骤Bbai2 13inAWT iN iSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道路与

21、铁道工程重点学科ENDFs最小变化圆心O和半径R计算Fsi列表计算 Wi bi ai编号分条圆心O，半径RGenerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析 6、圆弧滑动面的图表法及法1）表解法和图表法主要是对条分法进行简化后的粗略估算使用表解法见4-9和图解法4-10式。2）法高塑性土，具体分为坡脚圆法和中点圆法坡脚圆法见4-14和中点圆法见4-17式。School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点

22、学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析1）简便法在力学上的（计算假定引起）2）相临土条的si不相等si+1sisisi-1qiqi-1School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科qi qi-1 7、存在问题Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析 8、简化的

23、Bishop法（1955）建立土条侧面力平衡方程，土条Wi + DHi - Ni cosqi - Ti sinqi = 0= ci li + Ni tanjiHiHi1HiTiKs- ci li1sinq )N =(W + DHiiiimKq isSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科因m= cosq + sinqi tanjiq iiKsGenerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析

24、按滑动体整体力矩平衡：忽略成对条间力产生的力矩nnWidii=1- Ti R = 0i=1= ci li + Ni tanji= 1- ci liTsinq )(W + DHNiK1iiiimKsq isni=1cosqi + (Wi+ DHi ) tanji ci lim一般式q iK =snWii=1sinqin由于简化式1(ci li cosqi+ Wi tanji )i=1因H =01mHi = 0 (i = 2,3,L, n)则Hi0=q iKsnWii=1sinqiSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁

25、道工程重点学科Hi = Hi+1Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析迭代法求KsKs - Ks eKs否是通常迭代34次就可满足精度要求KsKsKs= Ks计算mi假定Ks1.0Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u几种稳定性验算方法的比较School of Transportation Southeast University，China东

26、南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u9、公路路基设计规范验算方法School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u9、公路路基设计规范验算方法School of Transportation S

27、outheast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u9、公路路基设计规范验算方法School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u10）不平衡推力法Schoo

28、l of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u10）不平衡推力法不平衡推力法假定各土条间推力Pi（即水平力Ei和竖向力Vi的合力）的作用方向平行于上侧土条滑动面的倾角。由土条滑动面上切向力平衡条件得到Ei=Wisini+Ei-1cos( i-1- i)-Tic l + N tan j= cil1 + Ni tanji= i 1ii T因 iTiFsFs代入

29、得：Ei=Wisin i+Ei-1cos(i-1- i)-再由土条滑动面上法向力平衡条件得到Ni=Wisin i+Ei-1sin(代入得：i-1- i)School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析10）不平衡推力法School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科G

30、enerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u10、公路路基设计规范要求路堤稳定安全系数要求School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u11、简布(Janbu)法说明-自学Vi = 0 (i = 2,3,K, n)得1） Vi=

31、Vi+1H假定2）土条平衡方程WiVi+1Ti cosqi - (Ni +Ui ) sinqi水平方向垂直方向= Hi+1- Hi(1)Hi+1ViTi sin q i + ( N i + U i ) cos q i = Wi(2)HiT= Cili+ Ni tan j iiq滑动面上的破坏条件T(3)N = N +UiFiiiis由(2)(3)两式整理后得到NiSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科N = Wi -Ui cosqi - (1/ Fs )Cili sinqi(4)icosq + (1/

32、 F ) sinq tan j iiiin(Hi+1 - Hi ) = 0i=1Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u11、简布(Janbu)法说明-自学= cili cosqi+ (Wi -Ui cosqi ) tan j i（4）代入（3）得T(5)iF msai= cosqi + (1/ Fs ) sinqi tan j imai其中根据平衡条件（1）、（2）及假定（2）得 Ti式（5）代入上式得/ cos q i - Wi tan q i = ( H i+1

33、- H i ) = 0 Cili cosqi+ (Wi -Ui cosqi ) tan j i= W tan qF mcosqiisaii所以School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科 1Cl cosq + (W - u l cosq ) tan j mcosqi iiii ii iFs =aiiWi tanqiGenerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析 圆弧滑动面的条分法- 瑞典圆弧

34、滑动法平衡公式（总结）假设（静定化条件）各土条间的合力Si，Si+1平行于滑动面，并且相等（Si=Si+1)。Vi+1Si+1ViHiqiSiWiHi+1H = S cosq = Scosq = H iiii+1ii+1 T = t lqV = S sin qsin q= S= Vii iii+1i+1iiiiNi = sili建立土条垂直于滑动面的静力平衡方程) sin q) cosq- (H- H- (W -V + V= 0N得i+1i+1iiiiii Ni = Wi cosqiSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道

35、路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析 简化的Bishop法（总结）建立土条侧面力平衡方程，土条Wi + DHi - Ni cosqi - Ti sinqi = 0= ci li + Ni tanjiHiHi1HiTiKs- ci li1sinq )N =(W + DHiiiimKq isSchool of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科因m= cosq + sinqi

36、 tanjiq iiKsGenerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科各种条分法比较- （总结）条分法破坏面计算假定平衡方程安全系数瑞典条分法圆弧Si=Si+1xT = 0 yN = 0 M 0 = 0F= C ili + (Wi cos q i - ui li ) tan j i s W sin qii毕肖普法圆弧Hi = Hi+1y= 0M 0

37、 = 0 1 C l cosq + (W - u l cosq ) tan j mi iiii iiiFs =aiWi sin qi简布法不限圆弧Vi = Vi+1(Hi+1 -Hi-1)=0x= 0y= 0 1Cl cosq + (W - u l cosq ) tanj m cosqi iiii ii iFs =aiiWi tanqiGenerated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析u作业问题路基工作区KnPgn-1Eh = hi 2.4i=1Za =,一般K = 0.5 i E

38、03路基工作区？p车轮荷载应力： s=z Z 21）均布荷载1 + 2.5 D P2）集中荷载 s= K, 一般K = 0.5ZZ 2s B = gZ如何设计？路基自重应力：一般路堤截面School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.复习思考题：u1、请推导及说明直线法法的稳定系数求解过程。u2、请说明瑞典法与简化Bishop法的基本假定。u3、请推导瑞典法稳定系数求解过程，并说明存

39、在的问题。u4、请推导简化Bishop法稳定系数求解过程。u5、说明规范中稳定系数的验算要求，说明公式的意义。u6、说明规范中稳定系数验算时土的参数取值的要求。作业时请查阅有关书籍School of Transportation Southeast University，China东南大学道路与铁道工程重点学科Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第四章路基稳定性分析计算东南大学交通学院路基路面工程教学小组huangxmseuTel: 025-8379 5184Generated by Foxit PDF Creator Foxit SoftwareFor evaluation only.第四节 软土地基的路基稳定性分析u公路工程线长面广，沿线地质、水文条件复杂多变，受多种因素制约，线路不可避免要穿 越软土区；u软土特点是细粒土组成的空隙比大（e1）