第四章第四章 路基边坡稳定性设计路基边坡稳定性设计 普通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方式 第一节 边坡稳定性分析原理与方法一、边坡稳定原理破裂面1、用力学方法进展边坡稳定性分析时，为简化计算，都按平面问题处置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(二在二在进展展边坡坡稳定性分析定性分析时，近似方法并假定，近似方法并假定1、不思索滑、不思索滑动主体本身内主体本身内应力的分布力的分布2、以、以为平衡形状只在滑平衡形状只在滑动面上到达，滑面上到达，滑动主体整体下滑主体整体下滑3、极限滑、极限滑动面位置面位置经过试算来确定算来确定二、二、边坡坡稳定性分析的定性分析的计算参数算参数 路路堑：天然土：天然土层中开挖，土中开挖，土类别、性、性质天然生成的天然生成的路堤：人工填筑物、填料性路堤：人工填筑物、填料性质和和类别多多为人人为要素控制，要素控制，对于于土的物理力学数据的土的物理力学数据的选用以及能用以及能够出出现的最不利情况，力求能的最不利情况，力求能与路基未来与路基未来实践情况一致践情况一致 。所需土的所需土的实验资料：料：1、对于路于路堑或天然或天然边坡取：原状土的容重坡取：原状土的容重r，内摩擦角，内摩擦角，粘，粘聚力聚力c2、对路堤路堤边坡：取与坡：取与现场压实度一致的度一致的压实土土实验数据。数据。 r 、 、 c 同上同上 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边坡稳定性分析时，对于折线型或阶梯形边坡，普通可取平均值。坡，普通可取平均值。汽车荷载当量换算汽车荷载当量换算 路基接受自重作用、车辆荷载按车辆最不路基接受自重作用、车辆荷载按车辆最不利情况陈列，将车辆的设计荷载换算成相当于土利情况陈列，将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度层厚度0 0称为车辆荷载的当量高度或换算高度。称为车辆荷载的当量高度或换算高度。b-每一车辆的轮胎外缘之间的间隔每一车辆的轮胎外缘之间的间隔d- 相邻两辆车轮台之间的净距相邻两辆车轮台之间的净距 B=Nb+(N-1)d B=Nb+(N-1)d 荷载分布宽度：可分布在行车道宽度范围内思索实践行车有能够偏移或车辆停放在路肩上，也可以为1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根底上，制定图或表，用查图或查表来进展，简单不准确。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 1 1、直、直、直、直线线法：法：法：法： 1 1均均均均质质砂砂砂砂类类土路堤土路堤土路堤土路堤边边坡坡坡坡2均质砂类土路堑边坡均质砂类土路堑边坡T TN NQQ 2、圆弧法弧法 粘性土滑坍粘性土滑坍时破裂面破裂面为曲面近似曲面近似为圆弧滑弧滑动面面条分法：条分法：将将圆弧滑弧滑动面上土体划分面上土体划分为假假设干干竖条条 依次依次计算每一土条沿滑算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑面的下滑力和抗滑力力 叠加叠加计算整个土体的算整个土体的稳定性定性 计算精度与分段数有关越大越准确，普通算精度与分段数有关越大越准确，普通为810段。段。结合横断面特性，划分在合横断面特性，划分在边坡或地面坡度坡或地面坡度变化化处以以简化化计算。算。假定：假定：1 土体均质，土体均质，各向同性各向同性 2 滑动面经过滑动面经过坡脚坡脚 3 不计各土条不计各土条间侧向力的作用间侧向力的作用v1圆弧法根本步弧法根本步骤：v 经过坡脚恣意坡脚恣意选定能定能够滑滑动面面AB，半径，半径为R，纵向向单位位长度，滑度，滑动土体分条土体分条58v 计算每个土条重算每个土条重Gi土重、荷土重、荷载重垂直重垂直滑滑动面法向分力面法向分力 v计算每一段滑算每一段滑动面抵抗力面抵抗力Nitg内摩擦力内摩擦力和粘聚力和粘聚力cLiLi为I小段弧小段弧长v以以圆心心o为转动圆心，半径心，半径R为力臂。力臂。v 计算滑算滑动面上各点面上各点对o点的滑点的滑动力矩和抗滑力力矩和抗滑力矩。矩。求求稳定系数定系数k再假定几个能再假定几个能够的滑的滑动面，面，计算相算相应k值在在圆心心辅助助线MI上上绘出，出，稳定系数定系数k1，k2kn对应于于O1,O2On的关系曲的关系曲线K=fO与曲与曲线fO相切即相切即为极限滑极限滑动面面kmin在在1.251. 5之之间稳定系数定系数k取取值k=1.251.50当当计算算k小于允小于允许值k应放放缓边坡，重新坡，重新拟订横横断面，在按下述方法断面，在按下述方法进展展边坡坡稳定性分析定性分析4.5H法法步步骤：由坡脚由坡脚A向下引垂向下引垂线量取路堤高量取路堤高H c由由c沿程度沿程度线量取量取4.5H设D 在在A点作与点作与边坡坡夹角角1，B点作与程度点作与程度线夹角角2的两的两直直线AO、BO交与交与O点点 衔接接DO并向外延伸并向外延伸 4.5H法准确用于分析重要建筑物的法准确用于分析重要建筑物的稳定性定性36法法方法：坡方法：坡顶B处作与坡作与坡顶程度程度线成成36的直的直线BE 2、毕肖普法、毕肖普法 路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性已采用简化的毕肖普法进展分析计算。已采用简化的毕肖普法进展分析计算。a假假假假设设滑滑滑滑动动面上抗剪面上抗剪面上抗剪面上抗剪强强度与切向力平衡度与切向力平衡度与切向力平衡度与切向力平衡: :b把把b式式带入入a式式由由由由圆圆弧法弧法弧法弧法边边坡坡坡坡稳稳定系数以及定系数以及定系数以及定系数以及得到得到得到得到边边坡坡坡坡稳稳定系数定系数定系数定系数取取取取得得得得土条土条竖竖向力，向力，向力，向力，KNKN，包括土条自重及，包括土条自重及，包括土条自重及，包括土条自重及竖竖向外力，向外力，向外力，向外力，当土条滑弧位于地基中当土条滑弧位于地基中当土条滑弧位于地基中当土条滑弧位于地基中时时：当土条滑弧位于路堤中当土条滑弧位于路堤中当土条滑弧位于路堤中当土条滑弧位于路堤中时时：土条土条土条土条i i地及部分重力地及部分重力地及部分重力地及部分重力U U 地基平均固地基平均固地基平均固地基平均固结结度度度度土条土条土条土条i i路堤部分重力路堤部分重力路堤部分重力路堤部分重力土条土条土条土条i i竖竖向外力向外力向外力向外力 第三节第三节 浸水路堤稳定性浸水路堤稳定性一、河滩路堤受力：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普通路堤外力、自重、浮力受水浸泡产生浮力、浸透动水压力路堤两侧水位高低不同时，水从、浸透动水压力路堤两侧水位高低不同时，水从高的一侧浸透到低的一侧产生动水压力高的一侧浸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，对路堤最边坡，尤其当水位缓慢上涨而集聚下降时，对路堤最不利。不利。二、浸透动水压力的作用二、浸透动水压力的作用 三、浸透动水压力的计算浸浸浸浸润润曲曲曲曲线线与滑与滑与滑与滑动动面之面之面之面之间间的土面子的土面子的土面子的土面子积积水的容重，取水的容重，取水的容重，取水的容重，取10kn/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： 留意情况：1、砾石、片石等无粘性透水资料填筑的路堤水位变化时，不发生动水压力D=0，C=0，Cb=02、用不透水或透水极小的粘性土填筑的路堤水位变化时，不发生动水压力D=03、用普通粘性土亚粘土、亚砂土填筑的路堤水位变化时，堤身产生动水压力必需绘制浸润曲线假定为直线，坡度为降落曲线的平均坡度用前式计算4、河滩路堤的平安系数，普通规定不小于1.25，按最大洪水位验算时，其平安系数可采用k1.15 第二节 陡坡路堤稳定性验算 地面横坡陡于1：2.5土质路堤或陡于1：2不易风化的岩石基底或不稳定山坡上的路堤，需验算路堤边坡的稳定性以预防路堤沿地面陡坡下滑。滑动面可分为：路堤沿基底接触面滑动 路堤连同基底下的山坡覆盖层沿基岩面下滑验算中：应采用滑动面附近较为脆弱的土的有关数据 假定滑动面上土体沿滑动面整体滑动 1、滑动面为单一坡度倾斜面时直线滑动、滑动面为单一坡度倾斜面时直线滑动面稳定性验算整个路堤沿直线斜坡面面稳定性验算整个路堤沿直线斜坡面滑动的下滑力滑动的下滑力E为为剩余下滑力剩余下滑力E指滑动面上指滑动面上的土体下滑力的土体下滑力T与抗滑与抗滑力力R之差值，并思索平之差值，并思索平安系数安系数K规范规定规范规定K大于等于大于等于1.31、直、直线滑滑动面陡坡路堤面陡坡路堤稳定性定性验算算 滑滑动面面为单一坡度的一坡度的倾斜面。斜面。 当当验算算设得下滑力得下滑力E为零或零或负值时，此路堤可以，此路堤可以为是是稳定的定的即：即： E0路堤路堤稳定定 2、折、折线滑滑动面面稳定性定性验算算步步骤： 将折将折线划分划分为几个直几个直线段路堤按各直段路堤按各直线划分划分为假假设干干块土体土体 从上从上侧山坡到下山坡到下侧山坡，逐山坡，逐块计算每算每块沿滑沿滑动面的下滑力面的下滑力 最后一最后一块土体下滑力大于零不土体下滑力大于零不稳定，小于或等于零定，小于或等于零稳 假假设算得第算得第n块土体下滑力土体下滑力En为负值，那么可不列入下一，那么可不列入下一块土体的土体的计算保守算法算保守算法En平行于各相平行于各相应土土块的滑的滑动面，最后一面，最后一块土体土体En为正正值时土体土体不不稳定定剩余下滑力：剩余下滑力：En0稳定定 En0不不稳定定3、稳定措施：定措施：改善基底情况，添加滑改善基底情况，添加滑动面的摩擦力或减小滑面的摩擦力或减小滑动力力去除松去除松软土土层，夯，夯实基底，使路堤位于基底，使路堤位于坚实的硬的硬层上上开挖台开挖台阶，放，放稳坡度，减小滑坡度，减小滑动力力路堤上方排水，阻止地面水浸湿基底路堤上方排水，阻止地面水浸湿基底改改动填料及断面方式：填料及断面方式：采用大采用大颗粒填料，嵌入地面粒填料，嵌入地面放放缓坡脚坡脚处边坡，以添加抗滑力坡，以添加抗滑力在坡脚在坡脚处设支支挡构造物构造物石砌石砌护脚、干砌或脚、干砌或浆砌砌挡土土墙