1、HPU路路 基基 路路 面面 工工 程程Subgrade and pavement engineering 河南理工大學土木工程學院道路與橋梁教研室河南理工大學土木工程學院道路與橋梁教研室主講：主講： 徐徐 平平HPU4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 河南理工大學土木工程學院道路與橋梁教研室河南理工大學土木工程學院道路與橋梁教研室1238邊坡穩定性分析原理與方法直線滑動面邊坡穩定性分析曲線滑動面邊坡穩定性分析目目 錄（錄（contents）4浸水路堤穩定性分析一、邊坡破壞的機理一、邊坡破壞的機理1、土體強度破壞、土體強度破壞2、受水侵蝕、受水侵蝕3、設計施工不當、設計施工不

2、當4、荷載過大、荷載過大5、地震或其它自然因素、地震或其它自然因素均由剪切破壞引起均由剪切破壞引起4.1 邊坡穩定性分析原理與方法邊坡穩定性分析原理與方法4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 一、邊坡失穩現象一、邊坡失穩現象 路基邊坡滑坍是公路上常見的破壞現象之一。在巖路基邊坡滑坍是公路上常見的破壞現象之一。在巖質或土質山坡上開挖路塹，有可能因自然平衡條件被破質或土質山坡上開挖路塹，有可能因自然平衡條件被破壞或者因邊坡過陡，使坡體沿某一滑動面產生滑坡。對壞或者因邊坡過陡，使坡體沿某一滑動面產生滑坡。對河灘路堤、高路堤或軟弱地基上的路堤，因水流沖刷、河灘路堤、高路堤或軟弱地基上的

3、路堤，因水流沖刷、邊坡過陡或地基承載力過低而出現填方土體（或連同原邊坡過陡或地基承載力過低而出現填方土體（或連同原地面土體）沿某一剪切面產生坍塌。地面土體）沿某一剪切面產生坍塌。4.1 邊坡穩定性分析原理與方法邊坡穩定性分析原理與方法4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 深圳汕頭高速公路深圳汕頭高速公路K102滑坡滑坡 抗滑樁與明洞處理花費抗滑樁與明洞處理花費8000余萬元余萬元4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 同江三亞高速公路閩北八尺門互通區同江三亞高速公路閩北八尺門互通區 設在設在2個古滑坡上，治理費個古滑坡上，治理費5000余萬元余萬元4 4 路基邊坡

4、穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 云南元江磨黑高速公路三菁公隧道進口云南元江磨黑高速公路三菁公隧道進口 高邊坡發生滑坡，高高邊坡發生滑坡，高130m，推倒中隔墻，推倒中隔墻4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 山西長治晉城高速公路山西長治晉城高速公路K31 砂泥巖順層滑坡，體積達砂泥巖順層滑坡，體積達25萬萬m34 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 北京珠海高速公路粵北段北京珠海高速公路粵北段K108高邊坡滑坡高邊坡滑坡 三次變更設計，治理費用三次變更設計，治理費用2000余萬元余萬元4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 西安秦嶺某試驗基地花

5、崗巖高邊坡滑坡西安秦嶺某試驗基地花崗巖高邊坡滑坡4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 花崗巖中長花崗巖中長100多多m、寬、寬80cm的張裂縫的張裂縫4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 因此，必須對可能出現失穩或已出現失穩的路基進行穩因此，必須對可能出現失穩或已出現失穩的路基進行穩定性分析，保證路基設計既滿足穩定性要求，又滿足經濟定性分析，保證路基設計既滿足穩定性要求，又滿足經濟性要求。性要求。 邊坡失穩時滑動體的形狀邊坡失穩時滑動體的形狀 1. 平面形平面形：松散的砂性土及砂土：松散的砂性土及砂土 2. 圓柱形圓柱形：粘土：粘土 3. 碗碗 形形：粘土：粘土

6、4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 第一節第一節 邊坡穩定性分析原理與方法邊坡穩定性分析原理與方法 TWN NTWa)直線破壞面直線破壞面 T1N1WT2N2b)折線破壞面折線破壞面 TNWC)曲線破壞面曲線破壞面 圖圖4-1 邊坡的滑動面邊坡的滑動面 二、邊坡穩定性分析原理二、邊坡穩定性分析原理1滑動面形狀滑動面形狀與土質有關與土質有關 粘性土粘性土圓柱形、碗形圓柱形、碗形 砂性土及砂土砂性土及砂土平面平面2力學求解問題力學求解問題單一平面問題單一平面問題靜力平衡問題，靜力平衡問題，如圖如圖4-1a）兩個破壞面問題兩個破壞面問題超靜定問題，超靜定問題，如圖如圖4-1b）多個

7、破壞面問題多個破壞面問題多次超靜定問多次超靜定問題，如圖題，如圖4-1c）4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 二、邊坡穩定性分析原理二、邊坡穩定性分析原理3.3.假設假設使求解靜不定問題變為靜定問題使求解靜不定問題變為靜定問題 滑動土體沿滑動面整體滑動（剛塑體）滑動土體沿滑動面整體滑動（剛塑體）, ,不考慮土體的相對不考慮土體的相對運動（不考慮內應力）；運動（不考慮內應力）； 土體在滑動面上達到極限平衡，滑動面唯一；土體在滑動面上達到極限平衡，滑動面唯一； 最不利滑動面，位置通過計算確定；最不利滑動面，位置通過計算確定； 滑動面通過坡腳。滑動面通過坡腳。 第一節第一節 邊坡穩

8、定性分析原理與方法邊坡穩定性分析原理與方法 原理原理：采用極限平衡原理：采用極限平衡原理缺點缺點：不能分析下滑體的中的真實內力和反力，不能得到其中不能分析下滑體的中的真實內力和反力，不能得到其中的應力和變形，只有一個安全系數。的應力和變形，只有一個安全系數。4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 4 4邊坡穩定性計算方法邊坡穩定性計算方法 直線法直線法 砂土、砂性土砂土、砂性土土質：圓弧法土質：圓弧法 條分法條分法 粘性土粘性土 極限平衡法（考慮了安全系極限平衡法（考慮了安全系數）數） 表解法表解法石質：工程地質比擬法石質：工程地質比擬法5 5評定指標評定指標穩定系數：穩定系數：

9、工程中，工程中，k k1.251.251.51.5111k ，穩定抗滑力（矩） ，臨界下滑力（矩），不穩定二、邊坡穩定性分析原理二、邊坡穩定性分析原理第一節第一節 邊坡穩定性分析原理與方法邊坡穩定性分析原理與方法 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 第一節第一節 邊坡穩定性分析原理與方法邊坡穩定性分析原理與方法 三、邊坡穩定性分析的計算參數三、邊坡穩定性分析的計算參數 1.1.土的計算參數土的計算參數 ， ：填土路堤一致，天然路塹：填土路堤一致，天然路塹 多層土體：利用加權平均法多層土體：利用加權平均法 2 2邊坡的取值邊坡的取值對于折線形或階梯形邊坡，一般取平均值，或坡腳點

10、和坡頂點的連線。對于折線形或階梯形邊坡，一般取平均值，或坡腳點和坡頂點的連線。3 3荷載當量高度荷載當量高度h h0 0汽車荷載汽車荷載 以相等壓力的土層厚度來代替荷載以相等壓力的土層厚度來代替荷載 當量土柱當量土柱高高11niiicc hH11niiitgh tgH11niiihHc、 、4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 汽車菏載當量換算汽車菏載當量換算 對于作用在路基上的行車荷載，按最不利情況排列，將車對于作用在路基上的行車荷載，按最不利情況排列，將車輛的設計荷載換算成當量土柱高。輛的設計荷載換算成當量土柱高。h0的計算式為：的計算式為： BLNQh0其中：其中：B為橫

11、向分布車輛輪胎最外緣為橫向分布車輛輪胎最外緣之間總距（之間總距（m）：）：dNNbB) 1(4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 條分法條分法4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 直直 線線 法法 一、適用條件一、適用條件1. 砂類土的路堤和路塹；砂類土的路堤和路塹； 2. 有近似直線的軟弱夾層的路塹；有近似直線的軟弱夾層的路塹； 3. 單坡的陡坡路堤。單坡的陡坡路堤。 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 二、數學表達式二、數學表達式si

12、ncosGCLtgGTCLtgNK下滑力抗滑力由于砂類土的粘結力由于砂類土的粘結力C很小，若取很小，若取C=0，則上式為：，則上式為： tgtgK 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 三、穩定性分析步驟三、穩定性分析步驟1. 均質砂類土路堤邊坡（試算法）均質砂類土路堤邊坡（試算法） 先假設幾個破裂面，按上式計算對應的穩定系數先假設幾個破裂面，按上式計算對應的穩定系數Ki； 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 繪制繪制i-Ki曲線圖曲線圖 在圖中確定最小在圖中確定最小Kmin以及相應的極限破裂角以及相應的極限破裂角0 穩定性判斷：穩定性判斷：KminK=1.2

13、51.5 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 2. 均質砂類土路塹邊坡（解析法）均質砂類土路塹邊坡（解析法） )()(sincos00ctgactgafGCLtgGK)sin(sinh21LGhc20tanf其中：其中：4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 按微分方法，當按微分方法，當dK/d=0可求穩定系數可求穩定系數K最小時破裂面最小時破裂面傾斜角傾斜角0值值 。 0)(sin1sin1)(/d2020fdKcsccotcot000f可得：可得：csc)(2cot)2(000minffK可得：可得：最后進行判斷？最后進行判斷？4 4 路基邊坡穩定性分析計算

14、路基邊坡穩定性分析計算 4-3 4-3 圓圓 弧弧 法法 一、適用條件一、適用條件 圓弧法適用于粘性土，土的抗力以粘聚力為主，內圓弧法適用于粘性土，土的抗力以粘聚力為主，內摩擦力較小。邊坡破壞時，破裂面近似圓柱形。摩擦力較小。邊坡破壞時，破裂面近似圓柱形。適用于適用于邊坡有不同的土層的均質粘性土邊坡，部分被淹沒的均邊坡有不同的土層的均質粘性土邊坡，部分被淹沒的均質粘性土壩，局部發生滲漏、邊坡為折線或臺階形的粘質粘性土壩，局部發生滲漏、邊坡為折線或臺階形的粘性土路堤與路塹。性土路堤與路塹。 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 二、圓弧法原理二、圓弧法原理 1.原理原理:將圓弧滑

15、動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計算將圓弧滑動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計算每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，然后疊加計算出整個滑每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，然后疊加計算出整個滑動土體的穩定性。動土體的穩定性。圓弧法的計算精度主要與分段數有關。分段愈多圓弧法的計算精度主要與分段數有關。分段愈多則計算結果愈精確，一般分則計算結果愈精確，一般分810段。小段的劃分，還可結合橫斷段。小段的劃分，還可結合橫斷面特性，如劃分在邊坡或地面坡度變化之處，以便簡化計算。面特性，如劃分在邊坡或地面坡度變化之處，以便簡化計算。2.假設假設: 土體為均質和各向同性；土體為均質和各向同性； 滑動面通

16、過坡腳；滑動面通過坡腳； 不考慮土體的內應力分布及各土條之間相互作用力的不考慮土體的內應力分布及各土條之間相互作用力的影響，土條不受側向力作用，或雖有側向力，但與滑動圓弧的影響，土條不受側向力作用，或雖有側向力，但與滑動圓弧的切線方向平行切線方向平行 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 四、四、邊坡穩定性分析方法邊坡穩定性分析方法力學分析法力學分析法 （3 3）步驟）步驟 （1 1）通過坡腳任意選定可能發生的圓弧滑動面）通過坡腳任意選定可能發生的圓弧滑動面ABAB，其半徑為，其半徑為R R，沿路線縱，沿路線縱向取單位長度向取單位長度1m1m。將滑動土體分成若干個一定寬度的垂直

17、土條，其寬一般為。將滑動土體分成若干個一定寬度的垂直土條，其寬一般為2 24m4m。 （2 2）計算每個土條的土體重）計算每個土條的土體重G Gi i( (包括小段土重和其上部換算為土柱的荷載包括小段土重和其上部換算為土柱的荷載在內在內) )。G Gi i可分解為垂直于小段滑動面的法向分力可分解為垂直于小段滑動面的法向分力N Ni i=G=Gi icoscosi i和平行于該面的和平行于該面的切向分力切向分力T Ti ii isinsini i，其中，其中i i為該弧中心點的半徑線與通過圓心的豎線之為該弧中心點的半徑線與通過圓心的豎線之間的夾角，間的夾角， i i( (其中其中x xi i為圓

18、弧中心點距圓心豎線的水平距離，為圓弧中心點距圓心豎線的水平距離，R R為圓弧半徑為圓弧半徑) ) （3 3）計算每一小段滑動面上的反力）計算每一小段滑動面上的反力( (抵抗力抵抗力) )，即內摩擦力，即內摩擦力N Ni if(f(其中其中f=tgf=tg i i ) )和粘聚力和粘聚力cLcLi i（i i為為i i小段弧長小段弧長) )。 （4 4）以圓心）以圓心O O為轉動圓心，半徑為轉動圓心，半徑R R為力臂，計算滑動面上各力對為力臂，計算滑動面上各力對O O點的滑動點的滑動力矩和抗滑力矩力矩和抗滑力矩 （5 5）求穩定系數）求穩定系數K K值值 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩

19、定性分析計算 4.數學表達式數學表達式 miiniiniiiniiiTTtgNlcMMK1111滑動力矩抗滑力矩滑動抗滑4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 三、穩定性分析步驟三、穩定性分析步驟 1. 按比例繪制路基橫斷面圖按比例繪制路基橫斷面圖 2. 確定圓心的大致位置和圓弧的形狀確定圓心的大致位置和圓弧的形狀 3. 根據情況分段根據情況分段 4. 計算分段的計算分段的Gi、i、Ni、Ti，進而計算出，進而計算出K1 5. 重復重復14，得出，得出K2Kn，作圖求出最小的，作圖求出最小的Kmin 6. 穩定性判斷：穩定性判斷：KminK=1.251.5 iiiGNcosiii

20、GTsinRxii1sin4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 四、圓弧圓心確定四、圓弧圓心確定 為了較快地找到極限滑動面，減少試算工作量，根為了較快地找到極限滑動面，減少試算工作量，根據經驗，極限滑動圓心在一條線上，該線即是圓心輔助據經驗，極限滑動圓心在一條線上，該線即是圓心輔助線。確定圓心輔助線可以采用線。確定圓心輔助線可以采用4.5 H法或法或36線法。線法。 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 4.5 H法法 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 36線法線法 由荷載換算土柱高頂點作與水平線成由荷載換算土柱高頂點作與水平線成36角的線角

21、的線EF，即得圓心輔助線。即得圓心輔助線。 由坡頂處作與水平線成由坡頂處作與水平線成36角的線角的線EF，即為圓心輔助，即為圓心輔助線。線。 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 陡坡路堤穩定性陡坡路堤穩定性 一、陡坡路堤滑動的成因及滑動形式一、陡坡路堤滑動的成因及滑動形式 1. 1. 陡坡路堤：陡坡路堤：原地面橫坡大于原地面橫坡大于1:2.51:2.5的路堤。陡坡路堤應同的路堤。陡坡路堤應同時滿足路堤邊坡穩定性和沿著原地面滑動的穩定性。時滿足路堤邊坡穩定性和沿著原地面滑動的穩定性。 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 2 2 可能滑動的陡坡路堤形式可能滑動的

22、陡坡路堤形式 原 因：基底接觸面較陡或強度較弱表現形式：路堤整體沿基底接觸面滑動 原 因：基底修筑在軟弱土層上 表現形式：路堤連同其下的軟弱土層沿某一滑 動面滑動原 因：基底下巖層強度不均勻，如泥質頁巖表現形式：路堤沿某一最弱的層面滑動4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 二、陡坡路堤穩定性驗算二、陡坡路堤穩定性驗算 1. 滑動面強度指標的確定滑動面強度指標的確定 基底開挖臺階時：基底開挖臺階時：c和和應選擇填土和基底土中較小應選擇填土和基底土中較小的一組，并按滑動面受水浸濕程度予以降低的一組，并按滑動面受水浸濕程度予以降低 基底不設臺階時：考慮到水的滲流影響，基底不設臺階時：

23、考慮到水的滲流影響，c可忽略不可忽略不計，基底摩擦系數計，基底摩擦系數f =tg，一般在，一般在0.250.60之間。之間。 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 2. 穩定性驗算方法穩定性驗算方法 直線法：直線法：當基底為單一坡面，土體沿直線滑動面整體下當基底為單一坡面，土體沿直線滑動面整體下滑時，可用直線滑動面法進行分析。穩定系數按下式計算：滑時，可用直線滑動面法進行分析。穩定系數按下式計算： sin)(cos)(PQcLtgPQK4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 折線法：折線法：當滑動面為多個坡度的折線傾斜面時，可將滑當滑動面為多個坡度的折線傾斜面時，

24、可將滑動面上土體按折線段劃分為著干條塊，自上而下分別計算動面上土體按折線段劃分為著干條塊，自上而下分別計算各土體的剩余下滑力，根據最后一塊的剩余下滑力的數值各土體的剩余下滑力，根據最后一塊的剩余下滑力的數值判斷路堤的整體穩定性。穩定分析過程如下：判斷路堤的整體穩定性。穩定分析過程如下： 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 11111111cos1sinLctgWKWEnnnnnnnnnnnnnnLctgEWKEWE)sin(cos(1)cos(sin1111注意：注意：若第若第n塊土體塊土體En0，則，則En不列入下一土塊的計算，不列入下一土塊的計算，即令即令En=0 u最后

25、一塊土體的下滑力大于零時，則認為路堤不穩定；最后一塊土體的下滑力大于零時，則認為路堤不穩定；否則，認為路堤是穩定的。否則，認為路堤是穩定的。 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 三、增加陡坡路堤穩定性的措施三、增加陡坡路堤穩定性的措施 1. 改善基底狀況，增加摩擦力或減少滑動力。改善基底狀況，增加摩擦力或減少滑動力。 F 清除松軟的表層覆蓋土，夯實基底；清除松軟的表層覆蓋土，夯實基底； F 開挖臺階，增加摩擦力；開挖臺階，增加摩擦力； F 在路堤上側設置截水溝或邊溝，以阻止地面水浸濕基底；在路堤上側設置截水溝或邊溝，以阻止地面水浸濕基底； F 受地下水影響時，設置盲溝疏干基底

26、土層。受地下水影響時，設置盲溝疏干基底土層。2. 改變填料及斷面形式改變填料及斷面形式 采用大顆粒填料嵌入地面；采用大顆粒填料嵌入地面； 放緩坡腳處的邊坡，以增加放緩坡腳處的邊坡，以增加抗滑力。抗滑力。 3. 在坡腳處設置支擋結構物在坡腳處設置支擋結構物 設置右石料砌筑的護腳設置右石料砌筑的護腳 ；設置擋土墻；設置擋土墻 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 浸水路堤穩定性浸水路堤穩定性 一、浸水路堤及其作用力系一、浸水路堤及其作用力系概念：受到季節性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等均概念：受到季節性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等均稱浸水路堤。稱浸水路堤。力系：除承受普通路堤

27、所承受的外力及自重力外還承受浮力系：除承受普通路堤所承受的外力及自重力外還承受浮力及滲透動水壓力的作用力及滲透動水壓力的作用 4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 u當水位上升：水從邊坡一側或兩側滲入路堤，路堤內水位當水位上升：水從邊坡一側或兩側滲入路堤，路堤內水位的浸潤線成凹形。的浸潤線成凹形。 u當水位下降：水從堤身向外滲出，路堤內水位的浸潤線成當水位下降：水從堤身向外滲出，路堤內水位的浸潤線成凸形。凸形。滲透水流還能帶走路堤細小的土粒而引起路堤的變形；滲透水流還能帶走路堤細小的土粒而引起路堤的變形； u路堤兩側水位不一致，產生橫穿路堤的滲透。路堤兩側水位不一致，產生橫穿路

28、堤的滲透。 圖圖4-15 4-15 路堤內浸潤曲線路堤內浸潤曲線 二、滲透動水壓力的作用二、滲透動水壓力的作用4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 三三 浸水路堤邊坡穩定性分析浸水路堤邊坡穩定性分析 1動水壓力的考慮動水壓力的考慮浸水路堤的穩定性按最不利的情況分析：最高洪水位驟然降落時；浸水路堤的穩定性按最不利的情況分析：最高洪水位驟然降落時；幾乎不透水的粘土路堤，水位漲落對土體內部影響較小，可不考慮動水壓幾乎不透水的粘土路堤，水位漲落對土體內部影響較小，可不考慮動水壓力；力；透水性較強的土填筑，雖可發生橫穿路堤的滲透，但其作用力一般較小；透水性較強的土填筑，雖可發生橫穿路堤的滲透，但其作用力一般較小；若路堤采用不透水材料填筑，則不會發生橫穿滲透現象，故也可不計算；若路堤采用不透水材料填筑，則不會發生橫穿滲透現象，故也可不計算；當路堤用普通土填筑，浸水后土體內產生動水壓力。當路堤用普通土填筑，浸水后土體內產生動水壓力。2穩定性分析穩定性分析 =/ccBBccBBcBnccBBccBBcBnfNfNC LC LRMKMTTRD SfNfNc Lc LTTD S R抵 抗滑 動ccBBccBBcBfNfNc Lc LKTTD4 4 路基邊坡穩定性分析計算路基邊坡穩定性分析計算 3. 浸水路堤邊坡穩定性分析應考慮的因素浸水路堤邊坡穩定性分析應考慮的因素 浸水路堤的浸水