第三章 路基边坡稳

3.2路基稳定性分析计算第一节概述一、边坡失稳现象

路基边坡滑坍是公路上常见的破坏现象之一。在岩质或土质山坡上开挖路堑，有可能因自然平衡条件被破坏或者因边坡过陡，使坡体沿某一滑动面产生滑坡。对河滩路堤、高路堤或软弱地基上的路堤，因水流冲刷、边坡过陡或地基承载力过低而出现填方土体（或连同原地面土体）沿某一剪切面产生坍塌。

一般路基——套用典型横断面图（无需论证和验算）高路基、深路堑、浸水沿河路堤、特殊地质地段的路基个别设计，稳定性验算用以确定合理的路基横断面形式。

常见的分析计算方法：

1、工程地质法

2、力学分析法

3、图解法-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，特别是当原土层(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。◆路基失稳的原因：-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：由于人工不合理地开挖，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。◆路基稳定性分析的原因：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。◆路基稳定性分析的原因：一、边坡稳定原理

路基边坡稳定的力学计算方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按静力平衡原理，取两者之比值为稳定系数K，㈠破裂面1、用力学方法进行边坡稳定性分析时，为简化计算，都按平面问题处理2、松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，破裂面近似直线破裂面法。3、粘性土粘聚力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动面为圆柱形、碗形，近似于圆曲面，采用圆弧破裂面法(二）在进行边坡稳定性分析时，近似方法并假定1、不考虑滑动主体本身内应力的分布2、认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动主体整体下滑3、极限滑动面位置通过试算来确定二、边坡稳定性分析的计算参数路堑：天然土层中开挖，土类别、性质天然生成的路堤：人工填筑物、填料性质和类别多为人为因素控制，对于土的物理力学数据的选用以及可能出现的最不利情况，力求能与路基将来实际情况一致。㈠所需土的试验资料：1、对于路堑或天然边坡取：原状土的容重r，内摩擦角Φ，粘聚力c2、对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数据。r

、Φ、c同上

※路堤各层填料性质不同时，所采用验算数据可按加权平均法求得。（二）边坡稳定分析的边坡取值

边坡稳定性分析时，对于折线型或阶梯形边坡，一般可取平均值。

荷载分布宽度：⑴可分布在行车道宽度范围内⑵考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，也可认为Ｈ1厚当量土层分布于整个路基宽度上。三、边坡稳定性分析方法：※力学分析法：1、数解法—假定几个滑动面力学平衡原理计算，找出极限滑动面。2、图解或表解法—在计算机或图解的基础上，制定图或表，用查图或查表来进行，简单不精确。㈠力学分析法：

直线法—适用于砂土和砂性土（两者合称砂性土）破裂面近似为平面。

圆弧法—适用于粘性土，破裂近似为圆柱形◆试算法式中：ω——滑动面的倾角；f——摩擦系数，f=tanφ；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:mαωω直线滑动面上的力系示意图方法：假定ω，计算K与ω的关系。◆解析法边坡稳定系数最小值：BDATNQHαωω式中：解析法的理解和工程运用某挖方边坡，已知φ=25°，с=14.7kPa,γ=17.64kN/m3,H=6.0m。现拟采用1：0.5的边坡，试验算其稳定性。考虑到稳定系数偏高，试求允许的边坡度。求允许的最大高度。拟采用1：0.5的边坡㈢汽车荷载当量换算

路基承受自重作用、车辆荷载（按车辆最不利情况排列，将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度Ｈ0）Ｈ0称为车辆荷载的当量高度或换算高度。b-后轮轮距1.8mm-相邻两辆车后轮的中心间距，1.3mB=Nb+(N-1)m+dm1、已知某路堤有双层土体组成。上层边坡坡率为1：1.5，土层高位8m，上层土单位体积的重力为17.5kN/m3，内摩擦角为30°，粘结力为5.0kpa；下层边坡坡率为1：1.75，土层高为7m，下层土的单位体积的重力为19.0kN/m3，内摩擦角为40°，粘结力为2.0kpa。试确定边坡稳定性验算参数单位体积的重力、内摩擦角和粘结力的取值。2、已知某土质路堤边坡，高10m,坡率为1：1.4，土的单位体积的重力=18kN/m3，内摩擦角=20°，粘结力=14kpa。试分析此边坡的稳定性。3、一、圆弧滑动面的条分法

原理：静力平衡(Staticequilibrium)

假定土质均匀，不计滑动面以外的土体位移所产生的作用力，取单位长度，将滑动体划分为若干土条，计算各土条对于滑动圆心的滑动力矩Moi和抗滑力矩Myi，取两力矩比值K为稳定系数以判定是否稳定。

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。

圆弧法的计算精度主要与分段数有关。分段愈多则计算结果愈精确，一般分8～10段。小段的划分，还可结合横断面特性，如划分在边坡或地面坡度变化之处，以便简化计算。计算式：式中：Ni——各土条的法向应力；Ti——各土条的切向应力；αi——各土条重心与圆心连接线对竖轴y的夹角；L——滑动面圆弧全长；α0——圆心角。稳定性分析步骤1.按比例绘制路基横断面图2.确定圆心的大致位置和圆弧的形状:通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，其半径为R，沿路线纵向取单位长度1m。3.根据情况分段:将滑动土体分成若干个一定宽度的垂直土条，其宽一般为2-4m。4.计算分段土条的Qi、αi、Ni、Ti，进而计算出K15.重复1～4，得出K2~Kn，作图求出最小的Kmin6.稳定性判断：Kmin≥[K]=1.25～1.5圆弧圆心确定

为了较快地找到极限滑动面，减少试算工作量，根据经验，极限滑动圆心在一条线上，该线即是圆心辅助线。确定圆心辅助线可以采用4.5H法或36°线法。⑴4.5H法

⑵36°线法

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，即为圆心辅助线。

第三节浸水路堤稳定性一、河滩路堤受力：

普通路堤外力、自重、浮力（受水浸泡产生浮力）、渗透动水压力（路堤两侧水位高低不同时，水从高的一侧渗透到低的一侧产生动水压力）

最不利情况：水位降落时动水压力指向河滩两侧边坡，尤其当水位缓慢上涨而集聚下降时，对路堤最不利。二、渗透动水压力的作用浸水路堤浸水路堤是指受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等。浸水路堤的水的浸润曲线

由于土体内渗水速度远慢于河水，因此，当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（即浸润线）成凹形，当堤外水位下降时，堤内水位的比降曲线成凸形。◆1、浸水路堤及水的浸润曲线涨潮落潮水流曲线双侧渗水路堤水位变化示意图单侧渗水路堤水位变化示意图第五节浸水路堤的稳定性分析

水位急速上升时，浸水路堤的浸润曲线下凹，土体除承受竖向的向上浮力外，还承受渗透动水压力的作用，作用方向指向土体内部，有利于土体稳定，经过一定时间的渗透，土体内水位趋于平衡，不再存在渗透动水压力。

水位骤然下降时，浸水路堤的浸润曲线上凸，渗透动水压力的作用方向指向土体外，这将剧烈破坏路堤边坡的稳定性，并可能产生边坡凸起和滑坡，不利于土体稳定，但经过一定时间的渗透，土体内水位也会趋于平衡，不再存在渗透动水压力。浸水路堤边坡稳定的最不利情况一般发生在最高洪水水位骤然降落的时候，此时渗透动水压力指向路基体外。◆2、渗透动水压力对浸水路堤的作用第五节浸水路堤的稳定性分析1）浸水路堤的受力:自重、行车荷载、浮力渗透动水压力。

2）浸水路堤的不利时刻：涨水？、落水？。3）土的渗透性：由于土中含有空隙，在水位变化过程中伴有土中含水量的变化。

对砂性土－渗透性好，动水压力较小；

对黏性土－渗透性不好，动水压力也不大；

对亚砂土、亚黏土－具有一定的渗透性，动水压力较大，边坡容易失稳。◆3、渗透动水压力对浸水路堤的作用第五节浸水路堤的稳定性分析第五节浸水路堤的稳定性分析4）动水压力的计算

D＝IB0

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

三、渗透动水压力的计算—浸润曲线与滑动面之间的土体面积—水的容重，取10kn/

三、河滩路堤边坡稳定性验算。河滩路堤最不利情况：最高洪水位骤然降落时通常采用圆弧法（条分法）计算公式如下：

注意情况：1、砾石、片石等