道路与桥梁工程概论5

道路与桥梁工程概论樊烽E-mail：fanfenjunzhi@Tel见的人工明渠横断面有梯形。边坡系数m：反映渠道两侧倾斜程度水力半径：：断面面积：湿周第二节明渠水力计算1.水力系数计算流量公式：式中c为谢才系数，可用曼宁公式计算不堆积流速Vmin允许不冲刷流速Vmax根据土质不同选取。2.判断条件：第三节软土的排水固结软土：泛指淤泥及淤泥质土，在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的物理力学特性：

1．高含水量和高孔隙性

2．含水率大，渗透性弱

3．压缩性高

4.抗剪强度和承载力低软土在建筑荷载作用下的变形特征1.变形大而不均匀2.变形稳定历时长3.抗剪强度低4.较显著的触变性和蠕变性一、软土加固方法换填法是是将基础底面以下不太深的处理范围内的软弱土层挖去，然后以质地硬，强度高，性能稳定，具有抗侵蚀性的砂卵石、素土等去分层换填，同时用人工或机械方法进行表层压夯、振动等处理至满足工程要求的全过程。

挤密压实法1、原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，从而提高强度。2、方法：土（灰土）挤密桩处理软土地基碎石挤密桩处理软土地基强夯法处理软土地基换填法土（灰土）挤密桩处理软土地基适用条件：处理加固地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土以及含水量较大的软土优点：横向挤密缩短工期处理深度可达15米就地取材原理：生石灰吸水消解经化学反应后膨胀，桩间土脱水，桩周围的土被挤压后土壤密实度逐渐增强，使地基强度提高，从而达到满足工程要求的地基承载力（成桩挤密、吸水挤密、膨胀挤密）

1、原理通过布置竖向排水井，改善地基的排水条件及采取加压、抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的固结和强度增长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成（由加压系统和排水系统组成）2、方法堆载预压法真空预压法降水预压法电渗排水法排水固结法塑料排水板法处理公路软土地基塑料排水板的类型：与袋装砂井相比，它的优缺点：插板机械轻，效率高、对土的扰动小、造价低∩型塑料板梗透水膜塑料板无纺布螺旋孔塑料板袋装砂井法处理公路软土地基排水砂井的作用排水系统就是在地基中设置一些排水通道，改变原有地基的边界条件，增加空隙水的排出途径．袋装砂井袋装砂井是近年来竖向排水井工艺发展，是砂并排法的延续．是将散体的砂装入用化纤纺织物做成的细长袋子（7~12cm)作为竖向排水体的一种方法。搅拌桩法：利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反映，形成坚硬拌和柱体，与原地层共同起复合地基的作用。灌浆胶结法：用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或空隙中，以改善地基的物理力学性质。化学加固法第三章路及稳定性设计第一节边坡稳定性验算一、概述

1、土的计算参数2、边坡验算的假定松砂或砂性土边坡滑动面为平面；一般粘土的边坡滑动面为圆曲面。一般的土滑裂面通过坡脚或者边坡点，软土路基的滑裂面通过软土地基而交于坡脚点。3、车辆荷载的等效高度

车辆荷载按标准车辆以相应的加重车按最不利位置排列，换算成等效土层重量，叫当量高度，用h0表示。N——横向分布的车辆数；Q——每一辆车的重量，kN；L——车辆前后轮胎（或拖拉机履带）着地长度，m；g——土的容量，kN/m3；B——横向分布车辆轮胎（或履带）外缘之间距离，m；其中：b——每一辆车的轮胎（或履带）外缘之间的距离,m；d——相邻两车轮胎（或履带）之间的净距,m。二、边坡稳定性验算1、直线滑裂面法稳定性判断：2、圆弧滑裂面法4.5H法——确定圆心和滑动面的方法过E向下作垂直EF=H，过F作水平线FM=4.5H，过E作一线EI与ES夹β1角，过S作SI与水平线夹角β2，交于I点，连MI作延长线，在其上取O1、O2、O3点，求K1、K2、K3，取小值。

36°法:较4.5H法简单，但精度不如4.5H法。O1O2O336°B毕肖普法（Bishop法）：单位土条抗滑力：下滑力：垂直面上力的平衡条件得：抗滑稳定系数：得：三、斜坡地基路基稳定性验算其中：因此：其中：利用上两式对土体逐个计算，直到某个土体的剩余下滑力为零，由此确定Fs，剩余下滑力为负数，则表示路堤边坡稳定。1、渗透动水压力的作用浸水路堤：受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等。河滩路堤除承受普通路堤所承受的外力及自重力外，还要承受浮力及渗透动水压力的作用。四、浸水路堤的稳定性验算当河中水往上升时，水从边坡的一侧或两侧渗入路堤内；当水位降落时，水又从堤身内向外渗出。由于在土体内渗水速度比河中水位升降速度慢，因此，当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（浸润线）成凹形；当堤外水位下降时，堤内水位比降曲线成凸形。当水位骤然下降时，土体内部的水流出边坡需要较长的时间，由于水位的差异，其渗透动水压力的方向指向土体外面，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。此外，渗透水流还能带走路堤细小的土粒而引起路堤的变形。在高水位时，如路堤两侧边坡上的水位不一致，就会产生横穿路堤的渗透，即使水位相差较小，也需予以考虑。2、渗透动水压力的计算渗透动水压力可按下式计算：D＝IB0

式中：D——作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力，KN/m；

I——渗流水力坡降(取用浸润曲线的平均坡降)；

ΩB——浸润曲线与滑动弧之间的面积，m2；0——水的容重，kN/m3。3、条分法浸水路堤的稳定性，应按路堤处于最不利的情况进行边坡稳定性分析。其破坏一般发生在最高洪水位骤然降落的时候。边坡稳定性分析的原理和方法与普通路堤边坡稳定性的圆弧法基本相同。当路堤一侧浸水时，只要注意浸水土条与未浸水土条的基本参数的变化。计算公式第二节路基防护与加固设计一、防护与加固的意义边坡常年经受冰雪融化和雨水冲刷而风化剥落和变形破坏，因此需要防护和加固。

二、防护与加固工程的设施

1、植物防护

1）种草——适用于不陡于1:1的草类生长的土质边坡。

2）铺草皮——适用于边坡较陡,冲刷严重,径流速度小于1.5m/s,附近草皮来源较易地区的路基。

3）种树——主要作用是加固边坡,防止和减缓水流冲刷，防风沙，美化路容，调节气候。

2、矿料防护

1)抹面与勾缝

抹面适用于易风化软质岩石挖方边坡。一般选用石灰炉渣灰浆,石灰浆。

勾缝适用于质地坚硬,不易风化但节理裂缝多而细的岩石边坡,以防水分渗入岩层内造成病害。

2)砌石防护

为防止地面径流或河水冲刷,公路填方边坡、沿河路堤浸水部位坡面、土质路堑边坡下部的局部,以及桥涵附近坡面,可采用砌石防护。当滑动面为直线时，αi=αi-1=α，则φ

i-1=0，将条块的Fi-Fi-1相加，且设Fn=0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（4.5H法，36°法）等。6.3稳定性验算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；2.进行适当的条块划分；4.选取抗剪强度指标，求Ks;3.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Ks（取最小值）与容许Ks比较，判定是否稳定。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。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。在地震基本烈度为8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。1.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，通常都假设几个可能滑动面，求得Ks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4.5H法定。其中β1、β2辅助角可见表6-1，当边坡不陡于1：1时，可用36°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。2.有一定粘性的土构成的坡体：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、Bishop法）二、滑动面的形状和位置：

36°法:较4.5H法简单，但精度不如4.5H法。

4.5H法：过A向下作垂直AC=H，过C作水平线CD=4.5H，过A作一线AO与AB夹β1角，过B作OB与水平线夹角β2，交于O点，连OD作延长线，在其上取O1、O2、O3点，求K1、K2、K3，取小值。O1O2O336°B4.5HOBDACHHβ1β2O1O2O3K1K2K33.软土地基上的路堤：当h<H，滑动面下限切于软土底层。(h为软土层高）HhAG当h>H，滑动面深度为1~1.5H。HhAG1~1.5H4.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。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：保证：Ci，φi值同一条块是定值，对圆弧面：取宽2-6m，块数n取10左右。划分原则：1）土层条件有变化时；2）填料有分层时；3）滑移面坡度有变化时。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。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h0。再计入条块面积内一起计算重力。四、车辆荷载换算：土柱高:n为车道数，G为重车重（KN），B为车辆荷载的横向分布宽度，L为车辆荷载纵向分布长度，为填料容重（KN/m3)。B=nb+(n-1)d+eb为车两侧轮中距1.8m，d为1.3m，e为轮胎着地宽度（0.5，0.6，0.7）汽10：G=150KN，L=4.2m；汽15：G=200KN，L=4.2m；汽20：G=300KN，L=5.6m；汽超20：G=550KN，L=13m。换算得到的土柱荷载（高h.0)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，可将换算土柱荷载顶端作为边坡顶处理，h0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：浮容重：γ′=γm-γw=γd-(1-n)γw

γm为饱和容重；γw为水容重；γd为干容重；n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=Aγm·I

I为水力坡降，A为滑动体面积。对于透水材料（砂、石，I=0

）或几乎不透水材料筑成的路堤，均可不计渗流力。考虑渗流力时：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。水平震动力：Q=CiCzKhW

Ci为重要性系数，Cz为综合系数0.25；Kh水平地震系数（0.1，0.2，0.4）；W为重力。七、土工参数的选取：γ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