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