313路基稳定分析计算

1、第四章路基稳定性分析计算主要内容第一节 概述第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析第四节 软土地基的路基稳定性分析第五节 浸水路堤的稳定性分析第六节 路基边坡抗震稳定性分析2第一节 概述宁淮高速公路3第一节 概述宁杭高速公路4第一节 概述5第一节 概述6第一节 核心内容边坡失稳的原因边坡稳定性分析的计算参数边坡稳定性分析的基本假定71、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。第一节 概述8天然边坡：江、河、湖、海岸坡 山、岭、丘、岗、天然坡第一节 概述9人工边坡：挖方：沟、渠、坑、池 填方：堤、坝、路基、堆料露天矿第一

2、节 概述小浪底土石坝102、什么是滑坡? 边坡丧失其原有稳定性，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。第一节 概述11第一节 概述12第一节 概述-内部原因（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。3、路基失稳的原因

3、：13第一节 概述-外部原因（1）降水或地下水的作用：持续的降雨或地下水渗入土层中，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，以及孔隙水压力的产生，使土体作用有动、静水压力，促使土体失稳，故设计斜坡应针对这些原因，采用相应的排水措施。（2）振动的作用：如地震的反复作用下，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、施工打桩或爆破，由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。（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、沟渠、道路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。3、路基稳定

4、性分析的原因：14根本原因: 边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。具体原因： （1）滑面上的剪应力增加； （2）滑面上的抗剪强度减小。3、路基稳定性分析的原因：第一节 概述15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）边坡的取值 可取综合坡度值，也可用坡顶与坡脚连线近似表达汽车荷载的当量换算 L=12.8m；Q=550kN；双车道N=2，单车道N=1；B=Nb+(N-1)m+d,b=1.8m,m=1.3m,d=0.6m。4、边坡稳定性分

5、析的计算参数第一节 概述16第一节 概述试验参数17第一节 概述5、假定1）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；最危险的破裂面位置通过试算确定。185、假定均质粘性土：光滑曲面 （圆柱面/圆弧） 非均质的多层土或含软弱夹层的土坡: 复合滑动面2）滑动面的形状无粘性土:平面第一节 概述19直线曲线折线工程地质法（比拟法）力学分析法图解法6、土坡稳定性分析方法1）按失稳土体的滑动面特征划分：2）稳定性分析计算方法：第一节 概述20第二节 核心内容适用范围试算法解析法21 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

6、。边坡破坏时，破裂面近似平面。直线滑动面示意图a)高路堤 b)深路堤 c)陡坡路堤BDA1:ma)1:nABDb)ADc)1、适用范围第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析222、试算法第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析式中：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； Q滑动体的重力。BDAHRQNT1:m直线滑动面上的力系示意图方法：假定，计算K与的关系。第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析233、解析法边坡稳定系数最小值：BDATNQH式中：第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析24第三节 核心内容适用范围分析方法圆弧

7、滑动面的分析法瑞典圆弧滑动法假设瑞典圆弧滑动法平衡公式滑动圆弧的圆心确定瑞典圆弧滑动法的思路瑞典圆弧滑动法步骤简化的Bishop法25土的粘力使边坡滑动面多呈现曲面，通常假定为圆弧滑动面。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。第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析1、适用范围26第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析2、分析方法瑞典法（Wolmar Fellenius法）简化的Bishop法传递系数法27NfWROBd假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况： 滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比 饱和粘土，不排水剪条件下，u0，

8、fcu CA第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析3、圆弧滑动面的分析法28假设圆弧滑动面确定圆心和半径把滑动土体分成若干条（条分法）建立土条的静力平衡方程求解(取单位厚度计算）OrWiHiViHi+1Vi+1第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析4、圆弧滑动面的条分法- 1）瑞典圆弧滑动法假设29假设（静定条件）各土条间的合力Si，Si+1平行于滑动面，并且相等（Si=Si+1)。WiHiViHi+1Vi+1SiSi+1建立土条垂直于滑动面的静力平衡方程得第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析4、圆弧滑动面的条分法- 2）瑞典圆弧滑动法平衡公式30粘性土土坡滑动前，坡顶常常出现竖向裂缝 CRdBAWfO

9、NA z0深度近似采用土压力临界深度 裂缝的出现将使滑弧长度由AC减小到AC，如果裂缝中积水，还要考虑静水压力对土坡稳定的不利影响。 Fs是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数 假定若干滑动面 最小安全系数 第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析3）瑞典圆弧滑动法原理-顶面有开裂311）圆心确定计算之前需要先用圆心辅助线法确定滑动圆弧的圆心位置。-4.5H法5、瑞典圆弧滑动条分法第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析（a）32第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析5、瑞典圆弧滑动条分法-圆心确定2）其他辅助方法-36线法33第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析5、

10、瑞典圆弧滑动条分法3）1和2 的确定3412ROBA对均质粘性土土坡，其最危险滑动面通过坡脚 =0 圆心位置首先由1，2确定第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析5、圆弧滑动面的条分法-4）最危险滑动面圆心的确定 当土的内摩擦角 =0时，最危险圆弧滑动面为一通过坡脚的圆弧，其圆心为D点。35 4） 最危险圆弧滑动面圆心的确定（续） 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ED的延长线上。第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析最危险滑动面圆心的确定Flash36abcdiiOCRABH各土条对滑弧圆心的抗滑力矩和滑动力矩 滑动土体分为若干垂直土条土坡稳定安全系数 第三节

11、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37滑动力矩 抗滑力矩 第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析5）条分法基本思路386）条分法分析步骤IabcdiiOCRABH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 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi静力平衡假设两组合力(Pi，Xi) (Pi1，Xi1)第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析396）条分法分析步骤滑动面的总滑动力矩 滑动面的总抗滑力矩 确定安全系数 abcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi条分法是一种试算法

12、，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 第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析Wi40条分法计算步骤圆心O，半径R分条编号列表计算 Wi bi i变化圆心O和半径RFs最小ENDAORCaibBn i 321第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析411）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）解析法 针对高塑性土，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。6、圆弧滑动面的图表法及解析法第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析427、存在问题1）简便法在力学上的矛盾（计算假定引起）si-1sisisi+12）相

13、临土条的si不相等第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析438、简化的Bishop法（1955）建立土条侧面力平衡方程，土条 i： HiHi1Hi 因第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析44忽略成对条间力产生的力矩 按滑动体整体力矩平衡： 则Hi0 一般式简化式第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析由于因H1=045通常迭代34次就可满足精度要求 迭代法求Ks假定Ks1.0计算miKsKs是否Ks= Ks第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析46第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析几种稳定性验算方法的比较47第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析9、公路路基设计规范验算方法48第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析9

14、、公路路基设计规范验算方法49第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析9、公路路基设计规范验算方法50第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析10）不平衡推力法51第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析10）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)-Ti因 代入得：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( i-1- i)代入得：52第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析

15、10）不平衡推力法53第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析10、公路路基设计规范要求路堤稳定安全系数要求54假定得2）土条平衡方程HWiHiViHi+1Vi+1水平方向垂直方向1） Vi=Vi+1滑动面上的破坏条件由(2)(3)两式整理后得到Ni11、简布(Janbu)法说明-自学第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析55（4）代入（3）得根据平衡条件（1）、（2）及假定（2）得其中式（5）代入上式得所以11、简布(Janbu)法说明-自学第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析56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)。WiHiViHi+1Vi+1SiSi+1建立土条垂直于滑动面的静力平衡方程得第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析圆弧滑动面的条分法- 瑞典圆弧滑动法平衡公式（总结）57简化的Bishop法（总结）建立土条侧面力平衡方程，土条 i： HiHi1Hi 因第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析58各种条分法比较- （总结）条分 法瑞典条分 法毕肖普法简布 法计算假定Si=Si+1平衡方程破坏 面圆弧 圆弧不限圆弧安全系数第三节 曲线滑动面的边坡稳定