第三章路基稳定性分析

第三章路基稳定性设计第一节边坡稳定性验算第二节路基边坡的防护和加固第三节挡土墙由路基填方或挖方形成的具有斜坡坡面的土体称为边坡.当由于各种自然因素或人为因素的作用而破坏了边坡土体的力学平衡时,土体就会沿着其中某一滑面而产生滑动破坏,称为滑坡.第一节边坡稳定性验算土质边坡的破坏,是由于土坡中部分土体的剪应力达到了土的抗剪强度,以致在土坡内形成了连续的滑移面,其上的土体沿剪切面发生了滑动破坏.土坡的稳定分析,即为采用土力学的理论来研究土体发生滑动破坏时滑动面可能的位置和几何形状、滑动面上的剪应力和抗剪强度的大小，进行滑动土体的力学平衡分析。1)对边坡稳定性进行力学分析时，为简化计算，都按平面问题处理2)不考虑滑动主体本身内应力的分布3)认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑4)极限滑动面位置通过试算来确定1.1.1边坡稳定性分析原理——静力平衡（一）静力平衡的基本假定1.1边坡稳定性验算1)松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，滑动面近似平面，平面力学模型采用直线。2)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，平面力学模型采用圆弧（二）破裂面的假定1.对于路堑天然边坡或地基部分，取原状土，测其容重γ，内摩擦角Φ，粘聚力c，1.1.2边坡稳定性分析的计算参数（一）所需土的试验资料2.对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数据

※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）路堤上汽车荷载的换算将车辆布置于路堤上，车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度h01)当量土柱高度b——每一辆车轮胎外缘之间的距离，md——相邻两辆车轮胎之间的净距，m⑴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，也可认为当量土层分布于整个路基宽度上.2)荷载分布方式1.数值分析法—假定几个滑动面，按照力学平衡原理分析验算，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。1.2、边坡稳定性验算※力学分析法根据不同土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的资料调查，拟定边坡的稳定值参考数据，在设计时，将影响边坡稳定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边坡值。※工程地质类比法（一）平面滑动面法作不同倾角的破裂面,画出相应的Ki—ωi曲线,与最小安全系数Kmin相应的ωmin为危险破裂角.Kmin≥1.25,边坡稳定;Kmin≤1.25,边坡不安全.（二）圆弧——条分法计算精度与分段数有关越大越精确，一般为8～10段。结合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算。1）将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条2）依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力3）叠加计算整个土体的稳定性粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面1.基本原理4）以圆心o为转动圆心，半径R为力臂。计算滑动面上各点对o点的滑动力矩和抗滑力矩。2.圆弧法基本步骤2）计算每个土条重Gi（土重、荷载重）垂直滑动面法向分力1）通过坡脚任意选定可能滑动面AB，半径为R，纵向单位长度，滑动土体分条（5~8）3）计算每一段滑动面抵抗力NitgΦ（内摩擦力）和粘聚力cLi（Li为i小段弧长）5）求稳定系数式中：αi——第i土条底滑面的倾角；

Qi———第i土条垂直方向外力；

然后,再定O2点画圆弧,分条求K2,依次求得Kmin.4.5h法6）再假定几个可能的滑动面，计算相应k值，由辅助线求取Kmin例题：如图1为一路堤横断面。已知填料为砂性土，重力密度γ=18.5kN/m3，粘结力c=0.98kPa，内摩擦角φ=35°。试问该路堤边坡会不会沿滑动面AB产生滑动？图1解：△ABG的面积SABG=8*18/2=72m2矩形：SBEFG=8*0.75=6m2滑动面以上土体及车辆荷载总重G=(SABG+SBEFG)γ=(72+6)*18.5*1=1443kN滑动面与水平线的夹角α=arctan[18/(18*1.5+8)]=27.22º滑动面的长度L=[182+(18*1.5+8)2]1/2=39.36m下滑力：T=Gsinα=1443sin27.22º=660kN抗滑力:F=Gcosαtanφ+cL=1443*cos27.22º*tan35º+0.98*39.36=937.1kN稳定系数K=F/T=1.42>1.25所以,该路堤边坡不会沿滑动面AB滑动.提高路基稳定的措施：（一）基底处理（二）改变结构（三）改变填土（四）加强排水（五）支挡设施第二节路基边坡的防护和加固一、防护与加固的目的路基在水、风、冰冻等自然因素的长期作用下，经常发生变形和破坏。如边坡表面土层剥落，形成冲沟及滑坍等。这些不及时防治，就会引起严重病害。要想使路基的稳定性得到保证，除了要作好路基排水，还必须采取有效的防护加固措施。

防护与加固的施工，应分别情况，按需进行。要求路基边坡本身要稳定，否则无法进行，因为除了专门用来支挡路基的结构物，一般防护工程承受外力的能力都很小，有的则完全不能承受外力。二、防护加固工程的分类路基防护与加固工程，按其作用的不同，可以分成冲刷防护、坡面防护和支档建筑物三大类。1、冲刷防护它的作用是防护水流对路基的冲刷和淘刷。按方法的不同，又可以分为直接防护和间接防护。2、坡面防护用来防护容易受到自然因素影响而破坏的土质与岩质边坡。3、支档建筑物是防止路基变形或支档路基本身以保证其稳定性。为了使概念明确，一般把防止冲刷和风化，主要起隔离作用的措施称为防护工程，而把防止路基或山体因重力作用而滑塌，主要起支撑作用的支档结构物称加固工程。草种根据防护目的、气候、土质、施工季节确定，宜于选用易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种。一、植物防护（一）植被防护1.植草2.铺草皮平铺草皮叠铺草皮适用于需要快速绿化，且坡率缓于1：1的土质边坡和严重风化的软质岩石边坡。不宜采用喜水、生长在泥沼地的草皮方格草皮适用于坡率缓于1：1.5和边坡或再边坡以外的河岸及漫滩地。应选用根深叶密的低矮灌木。注意视距和风沙、风雪流问题。3.植树带状植树连续植树横断面示意图（二）三维植被网防护

适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于1：0.75的边坡防护；三维植被网中的回填土通常采用客土。二、骨架植物防护适用于缓于1：0.75的土质和全风化岩石边坡。当坡面受水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于1：1截水骨架防护（一）浆砌片石或水泥混凝土骨架植物防护（二）多边形水泥混凝土空心块植物防护1.适用于缓于1：0.75的土质和全风化、强风化岩石边坡。并视情况设置浆砌片石或水泥混凝土骨架。2.多边形水泥混凝土空心预制块的混凝土强度不应低于C20，厚度不应小于150mm。空心预制块内应填充种植土，喷播植草。（三）锚杆混凝土框架植物防护1.适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的岩石路堑边坡。2.锚杆采用非预应力的全长粘结型锚杆。框架应采用钢筋混凝土，混凝土强度不应低于C25。三、污工防护（一）喷浆（混凝土）防护适用于坡率缓于1：0.5、易风化但未遭强风化的岩石边坡，喷浆的厚度不宜小于50mm，强度不低于M10;喷混凝土的厚度不宜小于80mm，强度不低于C15。适于坡面为碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层以及坡面岩石与基岩分开并有可能下滑的挖方边坡。（二）锚杆挂网喷浆干砌片石护坡适用于坡度缓于1：1.25土（石）质路堑边坡。厚度不宜小于250mm浆砌片石护坡适用于坡度缓于1:1的易风化岩石和土质路堑边坡。厚度不宜小于250mm（三）砌石或混凝土预制块护坡适用于易风化或风化严重的软质岩石或较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡，边坡不宜陡于1：0.5。墙顶厚度一般大于40mm，需要考虑基础、沉降伸缩缝以及排水孔问题。（四）砌石或混凝土护面墙适用于坡面较干燥、未经严重风化的各种易风化岩石边坡，但不适用于由煤系岩层以及成岩作用很差的红色粘土岩组成的边坡。高速公路边坡不宜使用适用于边坡坡率缓于1：0.5、易受冲刷的土质边坡或易风化剥落的岩石边坡。高速公路边坡不宜使用（五）砂浆（灰浆）封面（六）捶面沿河路基防护一、直接防护（一）、植物防护（二）、砌石或混凝土护坡（三）、抛石或石笼（四）、浸水挡土墙（五）、土工软体沉排和土工模袋第三节挡土墙挡土墙是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。一、挡土墙的用途挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定1.与移改路线位置进行比较；2.与填筑或开挖边坡相比较；3.与拆移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较；4.与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较。二、挡土墙各部分的名称三、挡土墙的分类用于陡峭山坡的路堑底部，降低边破高度、减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡（一）按照挡土墙设置的位置1、路堑挡土墙2、路肩挡土墙用于（1）陡坡路堤，为保证路堤稳定，收缩坡脚；（2）为避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰或防止多占农田；（3）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。用于地形受限，需要收缩坡脚；防止陡坡堤下滑。3、路堤挡土墙用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层（需要时可分设数道）4、山坡挡土墙用于沿河路堤，需要收缩坡脚或防止水流冲淘5.浸水挡土墙（二）按照挡土墙的结构形式依靠墙的自重支撑土压力，污工结构。形式简单，施工方便A竖直式B俯斜式C仰斜式D折线式E衡重式A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙1.重力式挡土墙（1）锚杆式

2.锚定式挡土墙（2）锚定板式

3.薄壁式挡土墙（2）扶壁式（1）悬臂式4.加筋土挡土墙5.柱板式挡土墙6.桩板式挡土墙7.垛式（框架式）挡土墙四、挡土墙的布置1．挡土墙位置的选定1）路堑挡土墙大多数设在边沟旁；2）山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处；3）当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙；4）若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙；5）沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。2．挡土墙的纵向布置挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图1）确定挡土墙的起迄点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式；2）按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置；3）布置各段挡土墙的基础；4）布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等；沉降伸缩缝基