F6路基稳定性分析

1、第第 六六 章章路基稳定性分析路基稳定性分析Analyse the stablization of subgrade一、须做路基稳定性分析的路基类型：一、须做路基稳定性分析的路基类型：1、高路堤（陡坡路堤）；、高路堤（陡坡路堤）；2、深路堑；、深路堑；3、浸水路基；、浸水路基；4、软基上路堤、软基上路堤二、方法：二、方法：1、工程地质类比法；、工程地质类比法；2 2、力学验算法：、力学验算法：1 1）极限平衡法（安全系数法）极限平衡法（安全系数法）-条分法（简单条分法、毕肖普法、传递系数法）条分法（简单条分法、毕肖普法、传递系数法）2 2）数值分析法（）数值分析法（FEM,BEM,FEM,BE

2、M,）6.1 基本分析方法基本分析方法一、工程地质类比法：一、工程地质类比法： 参照当地已有的类似工程地质条件而处于极限状态稳定的自然山坡和参照当地已有的类似工程地质条件而处于极限状态稳定的自然山坡和稳定的人工边坡来判定路基的设计断面是否稳定。如路基挖方边坡的坡度稳定的人工边坡来判定路基的设计断面是否稳定。如路基挖方边坡的坡度常用这种方法定。因为影响挖方边坡稳定的因素很多，难以进行理论分析。常用这种方法定。因为影响挖方边坡稳定的因素很多，难以进行理论分析。 在分析岩石挖方边坡的稳定性时，应注意岩体中结构面（地质界面）的在分析岩石挖方边坡的稳定性时，应注意岩体中结构面（地质界面）的情况与结构面的

3、延展性、规模、形状和密集程度、充填与胶结情况、产状情况与结构面的延展性、规模、形状和密集程度、充填与胶结情况、产状和组合等有关，最关键的还是结构面与边坡面的关系。当结构面的走向与和组合等有关，最关键的还是结构面与边坡面的关系。当结构面的走向与路线夹角路线夹角 4040时，且摩擦角时，且摩擦角m 0，Ks减小；如减小；如Fn0则则不稳定，可采取支挡措施（将下滑力作为推力）。不稳定，可采取支挡措施（将下滑力作为推力）。 当滑动面为直线时，当滑动面为直线时， i i= = i-1i-1= = ，则，则 i-1=0 ，)sin(1)cossin(1iiiiiiisiiiiiifQcoWCKQWFF将条

4、块的将条块的F i - F i-1相加，且设相加，且设Fn=0)cos()sincos(CKiiiisiiiiiiiQSinWfQW 此外，还有一些其它方法如扬布法、分块极限平衡法、最危险滑弧圆此外，还有一些其它方法如扬布法、分块极限平衡法、最危险滑弧圆心位置确定法（心位置确定法（4.5H法，法，36法）等。法）等。6.3 稳定性验算稳定性验算稳定性验算基本程序如下：稳定性验算基本程序如下：1.根据路基可能出现的滑动面形状，选择分析方法；根据路基可能出现的滑动面形状，选择分析方法；2.进行适当的条块划分；进行适当的条块划分；4.选取抗剪强度指标，求选取抗剪强度指标，求Ks;3.按不同的荷载组合

5、计算条块自重及其他已知力（按不同的荷载组合计算条块自重及其他已知力（Qi )；5.将每种荷载组合下的将每种荷载组合下的Ks（取最小值）与容许（取最小值）与容许Ks比较，判定是否稳定。比较，判定是否稳定。一、荷载组合：常考虑三种荷载组合一、荷载组合：常考虑三种荷载组合1.主要组合：重力、汽车荷载、常水位时的浮力。主要组合：重力、汽车荷载、常水位时的浮力。2.附加组合：将主要组合中的汽车荷载该为平板挂车或履带车。或考附加组合：将主要组合中的汽车荷载该为平板挂车或履带车。或考虑最不利水位时浮力和渗流力。虑最不利水位时浮力和渗流力。3.地震组合：重力、地震力及常水位条件下的浮力。在地震基本烈度地震组合

6、：重力、地震力及常水位条件下的浮力。在地震基本烈度为为8度以上地区需进行抗震验算。度以上地区需进行抗震验算。路基失稳时，滑动面的形状和位置同路基外形、岩土性质和地层情况等有关。路基失稳时，滑动面的形状和位置同路基外形、岩土性质和地层情况等有关。1.粘性差（透水砂、碎石组成）的土构成的坡体粘性差（透水砂、碎石组成）的土构成的坡体：滑坍时破坏面接近于平：滑坍时破坏面接近于平面，用直线滑动面法验算。面，用直线滑动面法验算。土质均匀的路基边坡破坏时，滑动面常过坡脚或变坡点，通常都假设几个土质均匀的路基边坡破坏时，滑动面常过坡脚或变坡点，通常都假设几个可能滑动面，求得可能滑动面，求得Ks最小的滑动面为最

7、危险滑动面。大量计算表明，最危最小的滑动面为最危险滑动面。大量计算表明，最危险滑动面的圆心是在一条辅助线附近，此辅助线位置可用险滑动面的圆心是在一条辅助线附近，此辅助线位置可用4.5H法定。其中法定。其中1 1、2 2辅助角可见表辅助角可见表6-16-1，当边坡不陡于，当边坡不陡于1 1：1 1时，可用时，可用3636法定。这两种法定。这两种方法均适用于边坡坡顶水平、滑动圆弧过边坡坡脚的情况。方法均适用于边坡坡顶水平、滑动圆弧过边坡坡脚的情况。2.有一定粘性的土有一定粘性的土构成的坡体构成的坡体：滑坍时破坏面接近于曲面，用圆弧滑：滑坍时破坏面接近于曲面，用圆弧滑动面法验算。（简单条分法、动面法

8、验算。（简单条分法、BishopBishop法）法）二、滑动面的形状和位置：二、滑动面的形状和位置： 36法法: :较4.5H4.5H法简单，但精度不如4.5H4.5H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。O1O2O336B4.5HOBDACHH12O1O2O3K1K2K33.软土地基上的路堤：软土地基上的路堤：当

9、当hH，滑动面深度为，滑动面深度为11.5H。HhAG11.5H4.斜坡（陡坡）路堤：斜坡（陡坡）路堤：这类滑移面多为直线或折线形或曲线组合型。这类滑移面多为直线或折线形或曲线组合型。当堤高超过极限高度时，堤身常和地基一起滑动，滑动面形状多为圆弧形。当堤高超过极限高度时，堤身常和地基一起滑动，滑动面形状多为圆弧形。三、条块的划分和自重计算：三、条块的划分和自重计算：保证：保证：C i ，i 值同一条块是定值，对圆弧面：取宽值同一条块是定值，对圆弧面：取宽2-6m，块数，块数n取取10左右。左右。划分原则：划分原则：1）土层条件有变化时；）土层条件有变化时；2）填料有分层时；）填料有分层时；3）

10、滑移面坡度有变化时。）滑移面坡度有变化时。自重：自重：由面积乘土的容积而得，当由几层土组成时，应分层计算，然后叠加。由面积乘土的容积而得，当由几层土组成时，应分层计算，然后叠加。 在作稳定性验算时，应将车辆荷载按最不利情况排列，并换算在作稳定性验算时，应将车辆荷载按最不利情况排列，并换算为相当的土层厚度为相当的土层厚度h0。再计入条块面积内一起计算重力。再计入条块面积内一起计算重力。四、车辆荷载换算：四、车辆荷载换算：土柱高土柱高:BnGh0n为车道数，为车道数，G为重车重（为重车重（KN），），B为车辆荷载的横向分布宽度，为车辆荷载的横向分布宽度，L为车为车辆荷载纵向分布长度，为填料容重（辆

11、荷载纵向分布长度，为填料容重（KN/m3)。B=nb+(n-1)d+eb为车两侧轮中距为车两侧轮中距1.8m，d为为1.3m，e为轮胎着地宽度（为轮胎着地宽度（0.5，0.6，0.7）汽汽10：G=150KN，L=4.2m； 汽汽15：G=200KN，L=4.2m；汽汽2020：G=300KNG=300KN，L=5.6mL=5.6m； 汽超汽超2020：G=550KNG=550KN，L=13mL=13m。 换算得到的土柱荷载（高换算得到的土柱荷载（高h h.0.0) )可按宽度布置在道路行车部分范围内；可按宽度布置在道路行车部分范围内；也可分布在整个路基宽度上。定最危险滑移面圆心位置时，可将换

12、算土柱也可分布在整个路基宽度上。定最危险滑移面圆心位置时，可将换算土柱荷载顶端作为边坡顶处理，荷载顶端作为边坡顶处理，h h0 0计入边坡高度内。计入边坡高度内。 浸水土体会受到浮力（静水压力）和渗流力（动水压力）的作用，使材浸水土体会受到浮力（静水压力）和渗流力（动水压力）的作用，使材料抗剪强度下降。只要将浸水部分采用浮容重计算土的自重即可。料抗剪强度下降。只要将浸水部分采用浮容重计算土的自重即可。五、浮力和渗流力的考虑：五、浮力和渗流力的考虑：浮容重：浮容重：=m m- -w w = =d d-(1-n)-(1-n)w w m m为饱和容重；为饱和容重；w w为水容重；为水容重；d d为干

13、容重；为干容重；n n为孔隙率。为孔隙率。 当边坡内有水位差时，就会发生渗流力现象，则有动水压力，若坡外水当边坡内有水位差时，就会发生渗流力现象，则有动水压力，若坡外水位较坡内低，渗流力指向坡体外，则降低坡体的稳定性。要考虑。位较坡内低，渗流力指向坡体外，则降低坡体的稳定性。要考虑。D = Am m I I I I为水力坡降，为水力坡降，A A为滑动体面积。为滑动体面积。 对于透水材料（砂、石，对于透水材料（砂、石，I=0I=0 ）或几乎不透水材料筑成的路堤，均或几乎不透水材料筑成的路堤，均可不计渗流力。可不计渗流力。考虑考虑渗流力时：渗流力时：) rDX()cos(CRKiiiisiiiWf

14、W六、地震力的计算：分水平和竖向六、地震力的计算：分水平和竖向 竖向震动时对路基危害比水平震动小得多，可忽略不计。竖向震动时对路基危害比水平震动小得多，可忽略不计。 水平震动力：水平震动力：Q=CiCzKhW Ci为重要性系数，为重要性系数，Cz为综合系数为综合系数0.25；Kh水平地震系数（水平地震系数（0.1，0.2，0.4）；）；W为重力。为重力。七、土工参数的选取：七、土工参数的选取：由试验或经验确定由试验或经验确定；在使用过程中或在施工过程中，路基出现失稳征兆时，应采取整治措施在使用过程中或在施工过程中，路基出现失稳征兆时，应采取整治措施。1.清方、减重或反压清方、减重或反压。2.排水和防护：拦截、疏干、排除滑动区域内外的地面、地下水。排水和防护：拦截、疏干、排除滑动区域内外的地面、地下水。八、容许安全系数：八、容许安全系数： 一般在一般在1.01.5之间。主要组合是为之间。主要组合是为1.25；附加组合时为；附加组合时为1.15；地震；地震组合时为组合时为1.10（当边坡高大于（当边坡高大于20米时取米时取1.15，对三、四级公路取，对三、四级公路