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1、第四四章 路基穩(wěn)定性分析計(jì)算1第一節(jié) 概述第二節(jié) 直線(xiàn)滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析第三節(jié) 曲線(xiàn)滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析第四節(jié) 軟土地基的路基穩(wěn)定性分析第五節(jié) 浸水路堤的穩(wěn)定性分析第六節(jié) 路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析2第一節(jié) 概 述3路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的對(duì)象: 高填方路堤、深挖方路塹、陡坡路堤、浸水路堤、滑坡體等不良工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下的路基邊坡。路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的任務(wù): 對(duì)路基邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析、驗(yàn)算,判斷其穩(wěn)定性并根據(jù)結(jié)果尋求安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的路基結(jié)構(gòu)形式和穩(wěn)定的邊坡值,或采取相應(yīng)的加固措施。第一節(jié) 概 述4滑坡 (Landslide) 邊坡喪失其原有穩(wěn)定性,一部分土體相對(duì)于另一部分土體滑動(dòng)的現(xiàn)象

2、稱(chēng)滑坡。 土坡滑坡前征兆:坡頂下沉并出現(xiàn)裂縫,坡腳隆起。第一節(jié) 概 述51、路基穩(wěn)定性分析的原因:土坡失穩(wěn)原因分析-內(nèi)部原因(1)土質(zhì):各種土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度、抗水能力是不一樣的,如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的土、濕陷性黃土等,遇水后軟化,使原來(lái)的強(qiáng)度降低很多。(2)土層結(jié)構(gòu):如在斜坡上堆有較厚的土層,特別是當(dāng)下伏土層(或巖層)不透水時(shí),容易在交界上發(fā)生滑動(dòng)。第一節(jié) 概 述6(3)邊坡外形:突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下緩的凹形坡易于下滑;由于粘性土有粘聚力,當(dāng)土坡不高時(shí)尚可直立,但隨時(shí)間和氣候的變化,也會(huì)逐漸塌落。土坡失穩(wěn)原因分析-外部原因(1)降水或地下水的作用:持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中,使土中

3、含水量增高,土中易溶鹽溶解,土質(zhì)變軟,強(qiáng)度降低;還可使土的重度增加,以及孔隙水壓力的產(chǎn)生,使土體作用有動(dòng)、靜水壓力,促使土體失穩(wěn),故設(shè)計(jì)斜坡應(yīng)針對(duì)這些原因,采用相應(yīng)的排水措施。第一節(jié) 概 述7(2)振動(dòng)的作用:如地震的反復(fù)作用下,砂土極易發(fā)生液化;粘性土,振動(dòng)時(shí)易使土的結(jié)構(gòu)破壞,從而降低土的抗剪強(qiáng)度;施工打樁或爆破,由于振動(dòng)也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。(3)人為影響:由于人類(lèi)不合理地開(kāi)挖,特別是開(kāi)挖坡腳;或開(kāi)挖基坑、溝渠、道路邊坡時(shí)將棄土堆在坡頂附近;在斜坡上建房或堆放重物時(shí),都可引起斜坡變形破壞。第一節(jié) 概 述8根本原因: 邊坡中土體內(nèi)部某個(gè)面上的剪應(yīng) 力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度。具體原因:(1)

4、滑面上的剪應(yīng)力增加; (2)滑面上的抗剪強(qiáng)度減小。第一節(jié) 概 述 對(duì)于邊坡不高的路基,例如不超過(guò)對(duì)于邊坡不高的路基,例如不超過(guò)8.0m的土質(zhì)的土質(zhì)邊坡,不超過(guò)邊坡,不超過(guò)12.0m的石質(zhì)邊坡,按一般路基設(shè)計(jì),的石質(zhì)邊坡,按一般路基設(shè)計(jì),采用規(guī)定的坡度值,不作穩(wěn)定性分析計(jì)算。采用規(guī)定的坡度值,不作穩(wěn)定性分析計(jì)算。 地質(zhì)與水文條件復(fù)雜、高填深挖或特殊需要的地質(zhì)與水文條件復(fù)雜、高填深挖或特殊需要的路基,應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的分析計(jì)算,據(jù)此選定路基,應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的分析計(jì)算,據(jù)此選定合理的邊坡坡度及相應(yīng)的工程技術(shù)措施。合理的邊坡坡度及相應(yīng)的工程技術(shù)措施。 對(duì)邊坡高度超過(guò)對(duì)邊坡高度超過(guò)20m的路堤,邊坡形

5、式宜用階的路堤,邊坡形式宜用階梯型,邊坡坡率由穩(wěn)定性分析計(jì)算確定。梯型,邊坡坡率由穩(wěn)定性分析計(jì)算確定。 合理選定巖石計(jì)算參數(shù),如粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角合理選定巖石計(jì)算參數(shù),如粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角及單位體積重力。及單位體積重力。邊坡穩(wěn)定分析假設(shè):邊坡穩(wěn)定分析假設(shè):1. 在用力學(xué)邊坡穩(wěn)定性分析法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分在用力學(xué)邊坡穩(wěn)定性分析法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí),為簡(jiǎn)化計(jì)算,通常按平面問(wèn)題來(lái)處理。析時(shí),為簡(jiǎn)化計(jì)算,通常按平面問(wèn)題來(lái)處理。2. 松散的砂性土和礫松散的砂性土和礫( (石石) )土具有較大的內(nèi)摩擦角土具有較大的內(nèi)摩擦角和較小的粘聚力和較小的粘聚力c,邊坡滑塌時(shí),破裂面近似,邊坡滑塌時(shí),破裂面近似平面,在邊

6、坡穩(wěn)定性分析時(shí)可采用直線(xiàn)破裂面法。平面,在邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)可采用直線(xiàn)破裂面法。3. 粘性土具有較大的粘聚力粘性土具有較大的粘聚力c,而內(nèi)摩擦角,而內(nèi)摩擦角較較小,破壞時(shí)滑動(dòng)面有時(shí)像圓柱形,有時(shí)像碗形,小,破壞時(shí)滑動(dòng)面有時(shí)像圓柱形,有時(shí)像碗形,通常近似于圓曲面,故可采用圓弧破裂面法。通常近似于圓曲面,故可采用圓弧破裂面法。 路基邊坡穩(wěn)定的力學(xué)計(jì)算基本方法是分析失穩(wěn)路基邊坡穩(wěn)定的力學(xué)計(jì)算基本方法是分析失穩(wěn)滑動(dòng)體沿滑動(dòng)面上的下滑力滑動(dòng)體沿滑動(dòng)面上的下滑力T與抗滑力與抗滑力R,按靜力,按靜力平衡原理,取兩者之比為穩(wěn)定系數(shù)平衡原理,取兩者之比為穩(wěn)定系數(shù)K,即:,即: K=R/TK=1,表示下滑力與抗滑力

7、相等,邊坡處于極限,表示下滑力與抗滑力相等,邊坡處于極限平衡狀態(tài);平衡狀態(tài);K1,邊坡穩(wěn)定。,邊坡穩(wěn)定。 為安全可靠起見(jiàn),工程上一般規(guī)定采用為安全可靠起見(jiàn),工程上一般規(guī)定采用K1.201.30。 邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)須將行車(chē)荷載換算成相當(dāng)于邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)須將行車(chē)荷載換算成相當(dāng)于路基巖土層厚度,計(jì)入滑動(dòng)體的重力中去。路基巖土層厚度,計(jì)入滑動(dòng)體的重力中去。lbbde/2Be/2 換算土柱高可按寬度布置在行車(chē)部分范圍內(nèi);換算土柱高可按寬度布置在行車(chē)部分范圍內(nèi);或者考慮到路肩上有可能駛?cè)牖蛲P?chē)輛,而分或者考慮到路肩上有可能駛?cè)牖蛲P?chē)輛,而分布在整個(gè)路基寬度上。布在整個(gè)路基寬度上。BLNQh 0式中:

8、式中:h0行車(chē)荷載換算高度行車(chē)荷載換算高度(m) L前后輪最大軸距,標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛為前后輪最大軸距,標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛為12.8m Q一輛重車(chē)的重力(標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載為一輛重車(chē)的重力(標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載為550KN) N并列車(chē)輛數(shù),雙車(chē)道并列車(chē)輛數(shù),雙車(chē)道N=2,單車(chē)道,單車(chē)道N=1 路基填料的重度路基填料的重度(kN/m3) B荷載橫向分布寬度荷載橫向分布寬度dmNNbB) 1(式中:式中:b后輪輪距,取后輪輪距,取1.8m m相鄰兩輛車(chē)后輪的中心間距,取相鄰兩輛車(chē)后輪的中心間距,取1.3m d輪胎著地寬度,取輪胎著地寬度,取0.6m邊坡的取值:邊坡的取值: 對(duì)于折線(xiàn)形或階梯形邊坡,一般可取加權(quán)平均對(duì)于折線(xiàn)形或階梯形

9、邊坡,一般可取加權(quán)平均值。值。CDEBA1 : n1 : n1 : nh1h2h3h邊坡取值示意圖邊坡取值示意圖 取取AB線(xiàn)線(xiàn)取坡腳點(diǎn)和坡頂點(diǎn)的連線(xiàn)取坡腳點(diǎn)和坡頂點(diǎn)的連線(xiàn)第二節(jié) 直線(xiàn)滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析 直線(xiàn)法適用于砂土和砂性土(兩者合稱(chēng)砂類(lèi)直線(xiàn)法適用于砂土和砂性土(兩者合稱(chēng)砂類(lèi)土),土的抗力以?xún)?nèi)摩擦力為主,粘聚力甚小。土),土的抗力以?xún)?nèi)摩擦力為主,粘聚力甚小。邊坡破壞時(shí),破裂面近似平面。邊坡破壞時(shí),破裂面近似平面。直線(xiàn)滑動(dòng)面示意圖直線(xiàn)滑動(dòng)面示意圖a)a)高路堤高路堤b)b)深路塹深路塹c)c)陡坡路堤陡坡路堤式中:式中:滑動(dòng)面的傾角;滑動(dòng)面的傾角;f摩擦系數(shù),摩擦系數(shù),f=tan;L滑動(dòng)面

10、滑動(dòng)面ADAD的長(zhǎng)度;的長(zhǎng)度;N滑動(dòng)面的法向分力;滑動(dòng)面的法向分力;T滑動(dòng)面的切向分力;滑動(dòng)面的切向分力;c滑動(dòng)面上的粘結(jié)力;滑動(dòng)面上的粘結(jié)力;Q滑動(dòng)體的重力。滑動(dòng)體的重力。一、試算法一、試算法直線(xiàn)滑動(dòng)面上的力系示意圖直線(xiàn)滑動(dòng)面上的力系示意圖sintancosQcLQTcLfNTRK邊坡穩(wěn)定分析步驟邊坡穩(wěn)定分析步驟:1、先假定路堤邊坡值;先假定路堤邊坡值;2、然后通過(guò)坡腳然后通過(guò)坡腳A點(diǎn),點(diǎn),假定假定3到到4個(gè)可能的破裂個(gè)可能的破裂面,求出相應(yīng)的穩(wěn)定系面,求出相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)數(shù)Ki值,得到關(guān)系曲線(xiàn);值,得到關(guān)系曲線(xiàn);3、在其上找到最小穩(wěn)定在其上找到最小穩(wěn)定系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的極限破系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的極限破

11、裂角。裂角。 直線(xiàn)法計(jì)算圖直線(xiàn)法計(jì)算圖 GNBTcLNtgAD1D3D2DC1432AD412340K4K3KminK2K1Ka)b)c)純凈的粗中砂或干燥純凈的細(xì)砂時(shí):純凈的粗中砂或干燥純凈的細(xì)砂時(shí):由于砂類(lèi)土的粘接力很小,一般可忽略不計(jì)。由于砂類(lèi)土的粘接力很小,一般可忽略不計(jì)。(C=0)25.1tgtgTFK當(dāng)當(dāng)K=1時(shí):時(shí): 即抗滑力等于下滑力,滑動(dòng)面上土體處于極限平即抗滑力等于下滑力,滑動(dòng)面上土體處于極限平衡狀態(tài),此時(shí)的坡度角稱(chēng)為衡狀態(tài),此時(shí)的坡度角稱(chēng)為“天然休止角天然休止角”,等于土,等于土體的內(nèi)摩擦角。體的內(nèi)摩擦角。K=1.25時(shí):時(shí): tg=0.8tg。 由此可見(jiàn),用松散性填料修

12、建的路堤其邊坡角的由此可見(jiàn),用松散性填料修建的路堤其邊坡角的正切值,不宜大于填料摩擦系數(shù)正切值,不宜大于填料摩擦系數(shù)0.8倍倍。例例4-1:對(duì)于純凈的粗中砂或干燥純凈的細(xì)砂,當(dāng)填料:對(duì)于純凈的粗中砂或干燥純凈的細(xì)砂,當(dāng)填料=40時(shí),如果采用時(shí),如果采用1:1.5的路基邊坡,是否穩(wěn)定?的路基邊坡,是否穩(wěn)定?解:當(dāng)填料解:當(dāng)填料=40時(shí),時(shí), 根據(jù)根據(jù) tg=0.8tg=0.6713得得=3552 。 對(duì)于對(duì)于1:1.5的路基邊坡。的路基邊坡。 相應(yīng)的邊坡角相應(yīng)的邊坡角=3341 由于由于, ,該邊坡穩(wěn)定。該邊坡穩(wěn)定。 由此類(lèi)推,如由此類(lèi)推,如f2及及c1c2li不論浸水與否,近似取同一值。不論浸

13、水與否,近似取同一值。第六節(jié) 路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析對(duì)于路基邊坡,水平加速度對(duì)于路基邊坡,水平加速度a產(chǎn)生的水平力產(chǎn)生的水平力P危險(xiǎn)危險(xiǎn)性最大,設(shè)計(jì)時(shí)假定性最大,設(shè)計(jì)時(shí)假定P P垂直于邊坡面,而且作用的垂直于邊坡面,而且作用的方向朝外,此時(shí)對(duì)于邊坡穩(wěn)定最不利方向朝外,此時(shí)對(duì)于邊坡穩(wěn)定最不利。QKagQmaPH式中:式中:m滑動(dòng)體的質(zhì)量滑動(dòng)體的質(zhì)量(kg) Q邊坡滑動(dòng)體的重力邊坡滑動(dòng)體的重力 g重力加速度重力加速度(m/s2)(m/s2) KH水平地震系數(shù)水平地震系數(shù)上述理論關(guān)系中還需引入修正系數(shù)上述理論關(guān)系中還需引入修正系數(shù)CH=0.25,則,則實(shí)際采用的地震水平力為。實(shí)際采用的地震水平力為。

14、QKPH25. 0二、邊坡抗震穩(wěn)定性的計(jì)算二、邊坡抗震穩(wěn)定性的計(jì)算ssTTcLfNNK)(sin PNscos PTs第七節(jié) 陡坡路堤穩(wěn)定性一、陡坡路堤一、陡坡路堤 路堤修筑在陡坡上,且地面橫坡大于路堤修筑在陡坡上,且地面橫坡大于1:2,或在,或在不穩(wěn)固山坡上時(shí),路基不僅要作穩(wěn)定性分析,還要不穩(wěn)固山坡上時(shí),路基不僅要作穩(wěn)定性分析,還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。下滑的可能為:下滑的可能為:沿基底接觸面下滑沿基底接觸面下滑; ;沿坡積層底面下滑;沿坡積層底面下滑;沿巖層節(jié)理或?qū)永砻嫦禄?。沿巖層節(jié)理或?qū)永砻嫦禄?。下滑的主要原因:下滑的主要原因?地面橫坡較陡、基底土層地面橫坡較陡、基底土層較弱或強(qiáng)度不均勻。較弱或強(qiáng)度不均勻。1. 當(dāng)基底是單一坡面,土體沿直線(xiàn)滑動(dòng)面整體下當(dāng)基底是單一坡面,土體沿直線(xiàn)滑動(dòng)面整體下滑時(shí),可按直線(xiàn)法。公式為:滑時(shí),可按直線(xiàn)法。公式為:sin+ co

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