《路基路面设计》PPT课件.ppt

n n 第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 公路的组成及路基设计的基本内容公路的组成及路基设计的基本内容n n一、公路的组成部分一、公路的组成部分n n 公路是一种线形工程构造物。公路主要承受公路是一种线形工程构造物。公路主要承受的是汽车荷载的重复作用和经受各种自然因素的是汽车荷载的重复作用和经受各种自然因素的长期影响。公路的组成部分包括：路基、路的长期影响。公路的组成部分包括：路基、路面、桥涵、隧道、防护工程、排水设备、山区面、桥涵、隧道、防护工程、排水设备、山区特殊构造物。特殊构造物。n n公路路基是路面的基础，它与路面共同承担车公路路基是路面的基础，它与路面共同承担车辆的荷载，是公路的重要组成部分。保证公路辆的荷载，是公路的重要组成部分。保证公路沿线都具有坚实而稳定的路基，是路基设计的沿线都具有坚实而稳定的路基，是路基设计的中心任务。随着道路等级的提高中心任务。随着道路等级的提高,在设计中采在设计中采用一定的措施来提高路基的强度和稳定性，用用一定的措施来提高路基的强度和稳定性，用以提高路面整体强度的问题就很突出。以提高路面整体强度的问题就很突出。n n路基的横断面如图。地形的变化，一般使路基分路基的横断面如图。地形的变化，一般使路基分为路堤和路堑两种，高于天然地面的填方路基称为路堤和路堑两种，高于天然地面的填方路基称为路堤；低于天然地面的挖方路基称为路堑；介为路堤；低于天然地面的挖方路基称为路堑；介于这两者之间的称为半填半挖路基。在挖方路段，于这两者之间的称为半填半挖路基。在挖方路段，路基通常是地面下的天然地层；在填方地段，则路基通常是地面下的天然地层；在填方地段，则是填筑起来的压实土层。是填筑起来的压实土层。n n路面是直接承受汽车碾压的行车地带，它是用各路面是直接承受汽车碾压的行车地带，它是用各种坚硬材料铺筑在路基上面的单层或多层结构。种坚硬材料铺筑在路基上面的单层或多层结构。路面的类型常见的有沥青路面、水泥混凝土路面、路面的类型常见的有沥青路面、水泥混凝土路面、碎（砾）石类路面等。碎（砾）石类路面等。n n路肩是指路面两侧路基边缘以内地带，它是用来路肩是指路面两侧路基边缘以内地带，它是用来支持路面、临时停靠车辆和供行人行走。支持路面、临时停靠车辆和供行人行走。n n修建合适的排水系统是路基稳定的一个保证。排修建合适的排水系统是路基稳定的一个保证。排除地面水，如雨、雪而形成的水等，可兴建地面除地面水，如雨、雪而形成的水等，可兴建地面排水构造物；地下水严重时需排除时，可采用盲排水构造物；地下水严重时需排除时，可采用盲沟；如果公路要跨越较大的水流，就要建造桥梁沟；如果公路要跨越较大的水流，就要建造桥梁和涵洞。和涵洞。n n二、路基设计内容二、路基设计内容n n任务：使路基在行车荷载和各种自然因素作用下，任务：使路基在行车荷载和各种自然因素作用下，能具有足够的强度和稳定性，保证交通运输的畅能具有足够的强度和稳定性，保证交通运输的畅通和安全。根据公路的性质、等级和技术标准以通和安全。根据公路的性质、等级和技术标准以及当地自然条件，拟定正确的路基设计方案，作及当地自然条件，拟定正确的路基设计方案，作为施工的依据。具体为：为施工的依据。具体为：n n1.1.进行野外勘察，收集必要的资料；进行野外勘察，收集必要的资料；n n2.2.根据沿线设计资料进行路基工程设计，确定边根据沿线设计资料进行路基工程设计，确定边坡坡度及横断面形式；坡坡度及横断面形式；n n3.3.根据沿线地面水流以及地下水埋藏情况，进行根据沿线地面水流以及地下水埋藏情况，进行路基排水的总体布置及排水结构物的设计；路基排水的总体布置及排水结构物的设计；n n4.4.路基防护与加固设计，包括坡面防护、冲刷防路基防护与加固设计，包括坡面防护、冲刷防护与挡土墙的布设；护与挡土墙的布设；n n5.5.路基工程其它设施。路基工程其它设施。第二节第二节 路基的常见病害及对路基的要求路基的常见病害及对路基的要求n n一、路基的作用一、路基的作用n n路基是路面的基础，且和路面共同承受荷载，贯路基是路面的基础，且和路面共同承受荷载，贯穿公路全线。穿公路全线。n n二、路基的常见病害二、路基的常见病害n n路基在自然因素及荷载的作用下，产生不断累计路基在自然因素及荷载的作用下，产生不断累计的变形，最后导致破坏，这就是路基的病害现的变形，最后导致破坏，这就是路基的病害现象。路基病害的形状多种多样，原因错综复杂，象。路基病害的形状多种多样，原因错综复杂，自然因素有：自然因素有：1.1.地理地理 如沿线的地形、地貌、如沿线的地形、地貌、海拔高度、植被等；海拔高度、植被等；2.2.地质地质 如沿线土的种类、成因、含水量、有机如沿线土的种类、成因、含水量、有机质及可溶性盐的含量等；质及可溶性盐的含量等；3.3.气候气候 该地区的气温、降雨量、雨型、降雪、该地区的气温、降雨量、雨型、降雪、温度、冰冻深度等；温度、冰冻深度等；4.4.水文水文 河道的洪水位、常水位、河岸的冲刷和河道的洪水位、常水位、河岸的冲刷和淤积情况、沿线地表水的排泄条淤积情况、沿线地表水的排泄条 件，有无积件，有无积水；水；5.5.文地质文地质 地下水位、地下水移动的规律、有无地下水位、地下水移动的规律、有无泉水、层间水，以及各种水的流量泉水、层间水，以及各种水的流量。n n路基常见的路基病害现象如下：路基常见的路基病害现象如下：n n1 1路堤沉陷路堤沉陷n n塌方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象称为路堤沉陷。塌方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象称为路堤沉陷。沉陷是不均匀的，严重时会破坏局部路段造成交通中断。沉陷是不均匀的，严重时会破坏局部路段造成交通中断。它有路堤本身的下陷和地基的沉陷两种。它有路堤本身的下陷和地基的沉陷两种。n n2 2路基边坡的塌方路基边坡的塌方n n边坡的塌方是常见的病害边坡的塌方是常见的病害 ，也是水毁的普遍现象，尤其在，也是水毁的普遍现象，尤其在山区新建公路上，几乎是普遍的病害现象。塌方的具体表山区新建公路上，几乎是普遍的病害现象。塌方的具体表现形式有剥落、碎落、滑塌和崩塌。现形式有剥落、碎落、滑塌和崩塌。n n3 3路基沿山坡的滑动路基沿山坡的滑动n n在较陡的山坡上填筑路基，如果原地面较光滑，未经处理，在较陡的山坡上填筑路基，如果原地面较光滑，未经处理，坡脚处又没进行必要的支撑，特别在受到水的浸润后，填坡脚处又没进行必要的支撑，特别在受到水的浸润后，填方路基与原地面之间摩阻力减小，在荷载、自重作用下，方路基与原地面之间摩阻力减小，在荷载、自重作用下，有可能使路基整体或局部沿地面移动，使路基失去整体稳有可能使路基整体或局部沿地面移动，使路基失去整体稳定性。定性。n n4 4不良的地质水文条件造成的路基破坏不良的地质水文条件造成的路基破坏n n如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都可以导致路如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都可以导致路基的大规模毁坏。在公路勘测中，要求尽可能避开这些地基的大规模毁坏。在公路勘测中，要求尽可能避开这些地区或采取相应的技术措施，保证公路的正常使用。区或采取相应的技术措施，保证公路的正常使用。n n三、病害原因的综合分析三、病害原因的综合分析n n由以上内容可以知道，路基的病害原因是多方面的，由以上内容可以知道，路基的病害原因是多方面的，各种病害既有各自的特点，又往往具有共同的原因，各种病害既有各自的特点，又往往具有共同的原因，可以把它归纳为以下几个方面：可以把它归纳为以下几个方面：n n1.1.不良的工程地质与水文地质条件不良的工程地质与水文地质条件n n2.2.不利的水文与气候因素不利的水文与气候因素n n3.3.设计不合理设计不合理n n4.4.施工不符号规定施工不符号规定n n四、对路基的要求四、对路基的要求n n1.1.具有足够的整体稳定性具有足够的整体稳定性n n2.2.具有足够的强度具有足够的强度n n3.3.具有足够的水温稳定性具有足够的水温稳定性n n 第二章第二章 路基的强度与干湿类型路基的强度与干湿类型n n第一节第一节 路基的强度与稳定性路基的强度与稳定性n n 1 1公路路基土的分类公路路基土的分类 n n课本上的表给出了公路土的粒经划分和路基土的划分。课本上的表给出了公路土的粒经划分和路基土的划分。土的名称以及分类符号。我们在土质学中已学过，具体土的名称以及分类符号。我们在土质学中已学过，具体还可以参阅公路土工试验规程。还可以参阅公路土工试验规程。n n2 2各类土的物理力学性质各类土的物理力学性质n n漂石（块石）、卵石属于巨粒，强度和稳定性很高，漂石（块石）、卵石属于巨粒，强度和稳定性很高，是填路基的好材料，注意边坡值的选用。是填路基的好材料，注意边坡值的选用。n n砂土砂土 无塑性，透水性强，毛细上升高度很小，具有较无塑性，透水性强，毛细上升高度很小，具有较大的内摩擦系数，强度和稳定性都比较好。但不容易压大的内摩擦系数，强度和稳定性都比较好。但不容易压实。实。n n砂性土砂性土 既含有一定的粗颗粒，也含有一定的细颗粒，既含有一定的粗颗粒，也含有一定的细颗粒，使路基土既具有足够的强度和水稳定性，又有一定的粘使路基土既具有足够的强度和水稳定性，又有一定的粘结性结性 ，因此砂性土是修筑路基的理想材料。，因此砂性土是修筑路基的理想材料。n n粉性土粉性土 粉土颗粒含量较多，易吸水，毛细作用强烈，粉土颗粒含量较多，易吸水，毛细作用强烈，上升速度快，容易引起冻胀、翻浆。在修路的材料中它上升速度快，容易引起冻胀、翻浆。在修路的材料中它是最差的一种，一般属于有害的路基用土。是最差的一种，一般属于有害的路基用土。n n粘性土粘性土 它的细颗粒比重大，内摩擦角小，但它的细颗粒比重大，内摩擦角小，但粘接力大，透水性小。这种土经充分压实和采取粘接力大，透水性小。这种土经充分压实和采取很好的排水措施，筑成的路基也能稳定。很好的排水措施，筑成的路基也能稳定。n n重粘土重粘土 它的工程性质与粘性土相似，但其所它的工程性质与粘性土相似，但其所含黏土矿物成分不同而不同。含黏土矿物成分不同而不同。第二节第二节 路基的强度路基的强度n n 一、路基的受力状况一、路基的受力状况n n 一般情况下，路基承受两种荷载一般情况下，路基承受两种荷载 ：一是路面：一是路面和路基自重引起的静力荷；另一种是车轮引起和路基自重引起的静力荷；另一种是车轮引起的动力荷载。在它们的共同作用下，路基处于的动力荷载。在它们的共同作用下，路基处于受力状态。受力状态。n n路基在车轮荷重作用下所引起的垂直应力随深路基在车轮荷重作用下所引起的垂直应力随深度而减弱；路基土因自重引起的垂直应力与深度而减弱；路基土因自重引起的垂直应力与深度成正比例。圆形均布荷载中心下土基的垂直度成正比例。圆形均布荷载中心下土基的垂直压应力，可用下面的公式计算：压应力，可用下面的公式计算：n n =P/(1+2.5(Z/D)=P/(1+2.5(Z/D)n n路基土因自重所引起的垂直应力，在一定的深路基土因自重所引起的垂直应力，在一定的深度下，路面的质量远小于路基的自重，所以土度下，路面的质量远小于路基的自重，所以土基自重引起的垂直应力与深度成正比，既基自重引起的垂直应力与深度成正比，既=Z=Zn n2 2、路基的工作区、路基的工作区n n当荷载引起的应力仅为自重应力的当荷载引起的应力仅为自重应力的20%-10%20%-10%时，时，荷载应力影响的深度作为工作区的深度。该深度荷载应力影响的深度作为工作区的深度。该深度ZaZa随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度的增加而减小。的增加而减小。n n路基工作区深度有两种情况：路基工作区深度有两种情况：ZaZa大于路基填土高大于路基填土高度；度；Za Za 小于路基填土高小于路基填土高n n度。度。n n三、路基的强度和强度指标三、路基的强度和强度指标n n路基的强度，用抵抗相对滑动位移变形和竖直位路基的强度，用抵抗相对滑动位移变形和竖直位移变形的能力，作为具体指标来表征。移变形的能力，作为具体指标来表征。n n1.1.抗剪强度抗剪强度n n在路基边坡内，当路基强度不够，不能抵抗剪应在路基边坡内，当路基强度不够，不能抵抗剪应力的作用。便会沿某一剪切面产生相对移动于是力的作用。便会沿某一剪切面产生相对移动于是边坡破坏，稳定丧失。土体必须具有抵抗此变形边坡破坏，稳定丧失。土体必须具有抵抗此变形能力，用抗剪强度表示，公式能力，用抗剪强度表示，公式2-12-1。n n土体的抗剪强度取决于土的粘结力土体的抗剪强度取决于土的粘结力C C和内摩擦角和内摩擦角。土的颗粒越细，粘聚力越大。沙土的粘聚力很小土的颗粒越细，粘聚力越大。沙土的粘聚力很小或没有，由于粘聚力不如内摩擦力影响大，因此或没有，由于粘聚力不如内摩擦力影响大，因此土的颗粒越大，抗剪强度就越高。土的颗粒越大，抗剪强度就越高。n n2.2.回弹模量回弹模量n n通过路面传到土基的垂直压力，使土基产生一定通过路面传到土基的垂直压力，使土基产生一定程度的竖向位移变形，假设土基是均质的弹性体，程度的竖向位移变形，假设土基是均质的弹性体，在圆形垂直均布荷载作用下，当应力与应变成直在圆形垂直均布荷载作用下，当应力与应变成直线关系时，可用弹性理论来解荷载与变形之间的线关系时，可用弹性理论来解荷载与变形之间的关系，用下式表示：关系，用下式表示：n n 从上述的公式可以看出，土基回弹模量，表示土从上述的公式可以看出，土基回弹模量，表示土基在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗基在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力竖向变形的能力.n n四、路基强度与稳定性的保证四、路基强度与稳定性的保证n n路基的强度与稳定性，受水、温度、土质的影响，路基的强度与稳定性，受水、温度、土质的影响，在一年内出现显著的季节性变化在一年内出现显著的季节性变化.为保证路基的强为保证路基的强度和稳定性，必须深入进行了解，细致分析各种度和稳定性，必须深入进行了解，细致分析各种自然因素与路基的关系，以采取有效措施自然因素与路基的关系，以采取有效措施.n n 第三节第三节 路基的干湿类型和临界高度路基的干湿类型和临界高度n n一一.路基湿度的来源路基湿度的来源n n 1 1、路基干湿类型及湿潮来源路基干湿类型及湿潮来源n n路基的干湿类型可以分成路基的干湿类型可以分成干燥、中湿、潮湿和过湿干燥、中湿、潮湿和过湿四类，四类，这四种类型表示路基工作时，路基土所处的状态这四种类型表示路基工作时，路基土所处的状态.n n路基潮湿的来源，可归纳为下列几项：路基潮湿的来源，可归纳为下列几项：n na a 降水降水 从路面、路肩和边坡渗入；从路面、路肩和边坡渗入；n nb b地面水地面水 沿边沟流动，或因派水困难而积聚于路基两侧沿边沟流动，或因派水困难而积聚于路基两侧的水分，渗入路基；的水分，渗入路基；n nc c地下水地下水 因地下水的流动而渗入路基下部；因地下水的流动而渗入路基下部；n nd d毛细水毛细水 借土的毛细作用由地下水借土的毛细作用由地下水 位上升；位上升；n ne e 气态水气态水 在土的空隙中移动的水汽，遇冷凝结为水在土的空隙中移动的水汽，遇冷凝结为水.n n上述各种路基潮湿来源，都会对路基的强度和稳定性有上述各种路基潮湿来源，都会对路基的强度和稳定性有 不同程度的影响不同程度的影响.设计时应根据当地的自然条件和特点，设计时应根据当地的自然条件和特点，采取相应的工程技术措施，保证路基的强度和稳定性采取相应的工程技术措施，保证路基的强度和稳定性.n n2 2、路基干湿类型划分方法、路基干湿类型划分方法n na a以分界相对含水量划分以分界相对含水量划分 对原有公路，在最不利对原有公路，在最不利季节路槽下季节路槽下80cm80cm内，每隔内，每隔10cm10cm深度取一土样测深度取一土样测定其天然含水量和液限含水量，计算相对含水量定其天然含水量和液限含水量，计算相对含水量.有了这几个数据，根据道路自然区划，路基土的有了这几个数据，根据道路自然区划，路基土的类别，查表，找到分界相对含水量类别，查表，找到分界相对含水量WW，将计算出，将计算出的值与之相比，可以确定路基的干湿类型的值与之相比，可以确定路基的干湿类型.n n b b 以临界高度判断路基的干湿类型以临界高度判断路基的干湿类型 对新建公路，对新建公路，因路基还未建成，路槽下因路基还未建成，路槽下80cm80cm内的相对含水量无内的相对含水量无法测定法测定.要采用地下水或地表长期积水的水位到路要采用地下水或地表长期积水的水位到路槽底的高度与临界高度相比，判断路基的干湿类槽底的高度与临界高度相比，判断路基的干湿类型型?n n 临界高度的概念，当路基处于干燥、中湿、潮湿临界高度的概念，当路基处于干燥、中湿、潮湿状态下路槽底部距地下水位或地表长期积水的最状态下路槽底部距地下水位或地表长期积水的最小高度小高度.n n二二.公路自然区划公路自然区划n n根据公路工程的地理、气候差异特点，自然区根据公路工程的地理、气候差异特点，自然区的划分，按其重要性和规模的大小分为三个等的划分，按其重要性和规模的大小分为三个等级级.一级区划是按自然气候、全国轮廓性地理、一级区划是按自然气候、全国轮廓性地理、地貌划分的，全国共划分七个一级区；地貌划分的，全国共划分七个一级区；n n二级区划是在一级区划内，考虑水温状况不同，二级区划是在一级区划内，考虑水温状况不同，以潮湿系数为主导标志，按公路工程的相似性以潮湿系数为主导标志，按公路工程的相似性及地表气候的差异，进一步划分二级区以及与及地表气候的差异，进一步划分二级区以及与二级区划相当的副区，全国共分为二级区划相当的副区，全国共分为3333个二级区个二级区和和1919个副区个副区.n n三级区划是二级区的进一步划分三级区划是二级区的进一步划分.由于目前各地由于目前各地区的特点和掌握的调查研究资料不充分，还不区的特点和掌握的调查研究资料不充分，还不具备划分条件，再则，三级区不一定要列入全具备划分条件，再则，三级区不一定要列入全国性的范围，由个省、自治区自行划分，以便国性的范围，由个省、自治区自行划分，以便更切合当地的实际情况更切合当地的实际情况.n n 第三章第三章 一般路基设计一般路基设计n n 一般路基是指一般地区低于规范规定高度的路基一般路基是指一般地区低于规范规定高度的路基.它可以结合当地地形、地质情况，直接应用根据长期生它可以结合当地地形、地质情况，直接应用根据长期生产实践和科学研究总结的典型横断面图或设计规定，不产实践和科学研究总结的典型横断面图或设计规定，不必进行必进行n n个别设计和论证个别设计和论证.n n一一.形车道及路基宽度形车道及路基宽度n n （一）行车道数及其宽度（一）行车道数及其宽度n n为满足汽车、行人以及其它车辆在公路上正常通行的要为满足汽车、行人以及其它车辆在公路上正常通行的要求，路基须有一定的宽度求，路基须有一定的宽度.根据交通量的大小、车流的根据交通量的大小、车流的组成，按公路等级，行车道可分为单车道、双车道、四组成，按公路等级，行车道可分为单车道、双车道、四车道和多车道车道和多车道.n n目前我国的公路普遍是双车道二级公路目前我国的公路普遍是双车道二级公路.在平原区，如在平原区，如果慢车很少，车道宽度是果慢车很少，车道宽度是7 7米，有一定混合交通量时，米，有一定混合交通量时，车道宽度是车道宽度是9 9米，混合交通量大，分慢行道有困难时，米，混合交通量大，分慢行道有困难时，车道加宽到车道加宽到1212米，并划线行使米，并划线行使.n n路基宽度为路面与路肩宽度之和，高速公路和一机公路路基宽度为路面与路肩宽度之和，高速公路和一机公路还包括中间带宽度还包括中间带宽度.n n二二.路基横断面的基本形式路基横断面的基本形式n n1.1.路堤路堤 高于原地面，由填方构成的高于原地面，由填方构成的 路基为路路基为路堤堤.填高为填高为1 1米的，属于矮路堤；米的，属于矮路堤；120120米之间米之间为一般路堤超过为一般路堤超过2020米的为高路堤米的为高路堤.n n2.2.路堑路堑 低于原地面，由挖方构成的路基为路低于原地面，由挖方构成的路基为路堑堑.设计时对边坡稳定性予以充分注意设计时对边坡稳定性予以充分注意.n n3.3.半填半挖路基半填半挖路基 这重路基是路堑与路堤的综这重路基是路堑与路堤的综合形式，主要设置在比较陡的山坡上合形式，主要设置在比较陡的山坡上.将挖出的将挖出的土石方，作为填筑的土石方，可以节省土石方，土石方，作为填筑的土石方，可以节省土石方，比较经济，给施工带来方便比较经济，给施工带来方便.n n第三节第三节 路基工程的其它设施n n第四章第四章.路基稳定性设计路基稳定性设计n n第一节第一节 稳定性验算概述稳定性验算概述n n 一般路基是套用典型横断面图进行设计的，不一般路基是套用典型横断面图进行设计的，不必进行论证和验算，但对高路堤、浸水路堤等，必进行论证和验算，但对高路堤、浸水路堤等，则需进行特殊设计则需进行特殊设计.n n一一.边坡滑动面形状边坡滑动面形状n n大量的实践证明，边坡破坏时，要形成一滑动大量的实践证明，边坡破坏时，要形成一滑动面面.该面的形状和路基填土的性质有关该面的形状和路基填土的性质有关.由渗水由渗水材料填筑的路堤，边坡破裂的形状近乎平面，材料填筑的路堤，边坡破裂的形状近乎平面，可按直线滑动面法验算边坡的稳定性可按直线滑动面法验算边坡的稳定性.n n以带有粘性的土填筑的路堤，破坏时形状为一以带有粘性的土填筑的路堤，破坏时形状为一曲面，为简化计算，通常近似的假设为一圆弧曲面，为简化计算，通常近似的假设为一圆弧状滑动面状滑动面.车荷车荷n n二二.边坡稳定性设计方法边坡稳定性设计方法n n1.1.力学验算法力学验算法n n(1)(1)数解法数解法n n(2)(2)图解法图解法2.2.工程地质法工程地质法n n在地质复杂地区修建路基，正确合理地确定在地质复杂地区修建路基，正确合理地确定路堑横断面形状和边坡坡度是很重要的路堑横断面形状和边坡坡度是很重要的.目前是目前是根据对自然山坡和已有的人工边坡进行稳定性根据对自然山坡和已有的人工边坡进行稳定性分析，通过工程地质条件对比，按条件相类似分析，通过工程地质条件对比，按条件相类似的稳定边坡值，作为路堑边坡设计的依据，这的稳定边坡值，作为路堑边坡设计的依据，这就是工程地质法就是工程地质法.n n 轴载的换算轴载的换算n n在最不利的情况排列，对最不利位置进行验算，在最不利的情况排列，对最不利位置进行验算，将车重换算相当于土层厚度，连同滑动土体一将车重换算相当于土层厚度，连同滑动土体一并进行力的计算，并进行力的计算，h h的换算公式为：的换算公式为：n n h=NQh=NQ BLBLn n 第二节第二节 边坡稳定性力学验算法边坡稳定性力学验算法n n一一.直线滑动面法直线滑动面法n n由渗水材料填筑的路堤，边坡坍塌时破裂的形由渗水材料填筑的路堤，边坡坍塌时破裂的形状近乎平面，可按之下滑动面法验算状近乎平面，可按之下滑动面法验算.n n验算时，先通过坡脚或变坡点，假设一直线滑验算时，先通过坡脚或变坡点，假设一直线滑动面，计算土体沿此滑动面下滑的稳定系数动面，计算土体沿此滑动面下滑的稳定系数K.K.如图如图.n n然后再假设几个滑动面，计算相应的稳定系数，然后再假设几个滑动面，计算相应的稳定系数，求求 Kmin1.25,Kmin1.25,当当Kmin0Kmin0.，此路堤就，此路堤就是稳定的，否则，重新假定边坡是稳定的，否则，重新假定边坡.二二.圆弧滑动面法圆弧滑动面法n n带有粘性的土填筑的路堤，滑塌时的破裂面形状带有粘性的土填筑的路堤，滑塌时的破裂面形状是一曲面是一曲面.为了是计算简化，通常假设为一圆弧状为了是计算简化，通常假设为一圆弧状滑动面，这样与实际情况基本相符滑动面，这样与实际情况基本相符.方法有数解和方法有数解和表解法，其中数解法最常用，它也称条分法表解法，其中数解法最常用，它也称条分法.n n1.1.条分法条分法n n 把滑动面上的土体分成把滑动面上的土体分成24m24m宽的土条，依次检宽的土条，依次检验每一个土条沿滑动圆弧下滑的稳定性，然后叠验每一个土条沿滑动圆弧下滑的稳定性，然后叠加出整个土体的稳定性加出整个土体的稳定性.具体步骤：具体步骤：n n(1)(1)通过坡脚任意选定一个可能的圆弧滑通过坡脚任意选定一个可能的圆弧滑n n(2)(2)动面，取路线纵向为单位长度动面，取路线纵向为单位长度1m1m，将滑动土，将滑动土体分成若干宽度相等的土条；体分成若干宽度相等的土条；n n(3)(3)计算每个土条土体的重量，并将它引到圆弧线计算每个土条土体的重量，并将它引到圆弧线上，进行分解；上，进行分解；n n(4)(4)求稳定系数求稳定系数 K=Mr/Ms K=Mr/Ms （5 5）求）求1.1.n n2.2.圆心辅助线圆心辅助线n n为减少工作量，较棵快找到最危险滑动面，根据为减少工作量，较棵快找到最危险滑动面，根据经验，它在一条线上，这条线就是圆心辅助。用经验，它在一条线上，这条线就是圆心辅助。用4.5 H4.5 H法。法。n n法具体步骤：法具体步骤：n n自坡脚向下作垂线，量取路堤高度，得一点自坡脚向下作垂线，量取路堤高度，得一点F F，n n从从 F F点作水平线向右量取得另一点，该点就是圆点作水平线向右量取得另一点，该点就是圆心辅助线上的一点；心辅助线上的一点；n n作路基边坡的平均坡度线，查表得角度；作路基边坡的平均坡度线，查表得角度；n n根据两角度的值分别作两角，分别延长这两条边根据两角度的值分别作两角，分别延长这两条边得一交点；得一交点；n n联结这两点即得圆心辅助线。联结这两点即得圆心辅助线。n n三三.表解法表解法n n按条分法进行边坡稳定性验算，工作量大，对于按条分法进行边坡稳定性验算，工作量大，对于滑动面通过坡脚的均质、直线形路堤边坡，可按滑动面通过坡脚的均质、直线形路堤边坡，可按表解法计算。表解法计算。n n第三节第三节.浸水路堤边坡稳定性设计浸水路堤边坡稳定性设计 一一.浸水路堤的特点浸水路堤的特点n n n n受到季节性或长期浸水的沿诃路堤、河滩路堤受到季节性或长期浸水的沿诃路堤、河滩路堤及桥头引道等，这些都是浸水路堤。水位上涨及桥头引道等，这些都是浸水路堤。水位上涨时，水从边坡的一侧或两侧渗入路基；水位降时，水从边坡的一侧或两侧渗入路基；水位降落时，水又从堤内渗出来，随着路基外的水位落时，水又从堤内渗出来，随着路基外的水位涨落，内部所形成的水位也要升降，但速度较涨落，内部所形成的水位也要升降，但速度较慢。慢。n n浸水路基除受自重及行车荷载的作用外，还要浸水路基除受自重及行车荷载的作用外，还要受到水的浮力和渗透动水压力的作用。在水位受到水的浮力和渗透动水压力的作用。在水位骤然降落时，使路基受到渗透动水压力的作用，骤然降落时，使路基受到渗透动水压力的作用，从而降低了路基边坡的稳定性。从而降低了路基边坡的稳定性。二二.动水压力计算动水压力计算n n当水位急降时，土体内的水向外流出需要较长当水位急降时，土体内的水向外流出需要较长时间，这样就造成堤内外的水位发生很大的水时间，这样就造成堤内外的水位发生很大的水位差，产生动水压力，平行水力坡降位差，产生动水压力，平行水力坡降I I，动水压，动水压力会剧烈破坏路堤边坡稳定性，其大小按下式力会剧烈破坏路堤边坡稳定性，其大小按下式计算：计算：n n D=ID=In n三三.浸水路堤的边坡稳定性验算浸水路堤的边坡稳定性验算n n该路堤的稳定性，应按路堤处于最不利的情况该路堤的稳定性，应按路堤处于最不利的情况下进行，边坡破坏时一般发生在最高洪水位骤下进行，边坡破坏时一般发生在最高洪水位骤然降落的时候，计算通常采用条分法，计算时，然降落的时候，计算通常采用条分法，计算时，将土体分成若干条块。有些条块全部在浸润线将土体分成若干条块。有些条块全部在浸润线以上，有些则全在水下，还有些则一部分在水以上，有些则全在水下，还有些则一部分在水以上，一部分在水以下。计算中要注意未浸水以上，一部分在水以下。计算中要注意未浸水土条和浸水土条的单位体积质量不同，要分别土条和浸水土条的单位体积质量不同，要分别计算。计算。n n算例：算例：略略-n n四、路堤整体稳定性验算四、路堤整体稳定性验算n n在山区公路中，当地面横坡度比较陡时，需要对在山区公路中，当地面横坡度比较陡时，需要对路基的整体稳定性进行验算。地面横破陡于路基的整体稳定性进行验算。地面横破陡于1 1：5 5时，对山坡要进行清理，铲除表层覆盖层，将原时，对山坡要进行清理，铲除表层覆盖层，将原地面挖成台阶，用来增加路基与天然地面的摩阻地面挖成台阶，用来增加路基与天然地面的摩阻力。地面横破陡于力。地面横破陡于1 1：时，对路基的状态稳定性要：时，对路基的状态稳定性要进行验算。方法有直线滑动面法和折线滑动面法。进行验算。方法有直线滑动面法和折线滑动面法。n n陡坡路堤的滑动有以下几种可能：路堤整体沿基陡坡路堤的滑动有以下几种可能：路堤整体沿基底接触面产生滑动；连同基底覆盖层沿倾斜基岩底接触面产生滑动；连同基底覆盖层沿倾斜基岩滑动；路堤连同下面的软土一起滑动。产生下滑滑动；路堤连同下面的软土一起滑动。产生下滑的原因除地面横坡较陡或基底软外，主要是由于的原因除地面横坡较陡或基底软外，主要是由于地下水和地面水的影响，使路堤下滑力增大造成地下水和地面水的影响，使路堤下滑力增大造成的。的。n n1.1.直线滑动面验算直线滑动面验算n n基底为单一坡面时，沿直线滑动面下滑，用公式计基底为单一坡面时，沿直线滑动面下滑，用公式计算：算：n nE=T-1/K(Ntg+cL)E=T-1/K(Ntg+cL)若计算结果为负或零，则路堤若计算结果为负或零，则路堤稳定。稳定。n n2.2.折线滑动面稳定验算折线滑动面稳定验算n n等路堤建在多坡地面上时，滑动面为折线，验算其等路堤建在多坡地面上时，滑动面为折线，验算其稳定性时，可按地面曲折情况，将土体分成若干小稳定性时，可按地面曲折情况，将土体分成若干小块，自上而下分别计算各土体的下滑力，根据最后块，自上而下分别计算各土体的下滑力，根据最后一块土体的下滑力的正负值判断其整体稳定性。一块土体的下滑力的正负值判断其整体稳定性。n n算例：（略）算例：（略）n n稳定措施：当最后一块土体的稳定措施：当最后一块土体的 E E大于零时，应采取大于零时，应采取以下措施：以下措施：n n1.1.改善基底状况，增加摩阻力，减少下滑力；改善基底状况，增加摩阻力，减少下滑力；n n2.2.改善填料性质，改变断面形式改善填料性质，改变断面形式n n3.3.在坡脚处设置支挡结构物。在坡脚处设置支挡结构物。n n第五章第五章.路基排水设计路基排水设计n n第一节第一节.路基排水的目的及设计的一般原则路基排水的目的及设计的一般原则n n 公路是一个露天构筑物，路基经常受到各种公路是一个露天构筑物，路基经常受到各种水分的作用，公路病害一般与排水不良直接有水分的作用，公路病害一般与排水不良直接有关。重视排水，既有利于公路运输，更有利于关。重视排水，既有利于公路运输，更有利于公路构筑物的安全。公路构筑物的安全。n n根据来源的不同，水流可分为地面水和地下水。根据来源的不同，水流可分为地面水和地下水。地面水主要是经由降水形成的地面径流。地下地面水主要是经由降水形成的地面径流。地下水分为：水分为：n n上层滞水上层滞水 从地面入尚未深达下层的土中水；从地面入尚未深达下层的土中水；n n潜水潜水 在地面以下第一个隔水层以上的含水在地面以下第一个隔水层以上的含水层中的水，距地面较近；层中的水，距地面较近；n n层间水层间水 在地面以下任何两个隔水层之间的含在地面以下任何两个隔水层之间的含水层之间的地下水。水层之间的地下水。n n路基排水的目的是把路基工作区内的土基含水路基排水的目的是把路基工作区内的土基含水量降低到一定的范围，土基含水量过大，会引量降低到一定的范围，土基含水量过大，会引起土质松软，强度降低，边坡塌方，基身沉陷起土质松软，强度降低，边坡塌方，基身沉陷或滑动，影响交通。或滑动，影响交通。四四.路基排水设计的原则路基排水设计的原则n n为好路基排水设计，应遵循以下几个原则：为好路基排水设计，应遵循以下几个原则：n n1.1.设计前必须进行深入的调查研究；设计前必须进行深入的调查研究；n n2.2.路基排水沟渠的设置和联结尽量不占或少占路基排水沟渠的设置和联结尽量不占或少占农田；农田；n n3.3.设计要因地制宜、就地取材、经济适用；设计要因地制宜、就地取材、经济适用；n n4.4.排水沟渠的出水口应尽可能引接至天然河沟，排水沟渠的出水口应尽可能引接至天然河沟，以减少桥涵工程；以减少桥涵工程；n n5.5.排水设计应讲求经济效益。排水设计应讲求经济效益。n n第二节第二节.地面排水设计地面排水设计n n一一.边沟设计边沟设计n n1.1.边沟设置在路堑的路肩外侧或路堤坡脚外侧，边沟设置在路堑的路肩外侧或路堤坡脚外侧，主要用于汇集和排除路基范围内以及流向路基主要用于汇集和排除路基范围内以及流向路基的小量地面水，当流量不大时，可采用标准横的小量地面水，当流量不大时，可采用标准横断面。断面。n n边沟的横断面形式边沟的横断面形式n n边沟的横断面形式常为梯形或三角形，也有流边沟的横断面形式常为梯形或三角形，也有流线型几矩形。底宽与深度一般不小于线型几矩形。底宽与深度一般不小于0 0。4 m4 m。边沟的边坡一般为边沟的边坡一般为1 1：1-11-1：1 1。5 5，岩石边坡，岩石边坡为为1 1：0-10-1：。：。n n沟底纵坡一般与路线纵坡一致，并不得小于沟底纵坡一般与路线纵坡一致，并不得小于0 0。5%5%，若大于，若大于3%3%时，需采取加固措施。时，需采取加固措施。n n2.2.为防止边沟水流漫溢或冲刷，规定单向排水为防止边沟水流漫溢或冲刷，规定单向排水长度每长度每300500300500米设出水口，把水引到低洼处。米设出水口，把水引到低洼处。n n3.3.在变坡点、桥涵进出水口、回头曲线等地段，在变坡点、桥涵进出水口、回头曲线等地段，要采取一些措施。要采取一些措施。n n 二、截水沟设计n n截水沟设在离路堑边缘一定距离和山坡路堤上方的适当位置，用来拦截山坡流向路基的水流。其纵坡不小于0.5%，以免水流停滞。n n截水沟断面的形式一般为梯形，底宽、深度不小于米，边坡坡度根据土质而定。n n截水沟的位置应慎重考虑，最好能与绝大部分地面水流的方向垂直，转折处最好用曲线连接，在路基边坡到分水岭的距离长而降雨量又大的低段，可设置一道或几道差不多平行的截水沟，分段拦截地面径流。n n三三.排水沟设计排水沟设计n n 设置排水沟的目的，就是为了将水从路基导入低洼设置排水沟的目的，就是为了将水从路基导入低洼地或其他排水构造物中去。地或其他排水构造物中去。n n排水沟的断面一般采用梯形，大小应通过计算确定，排水沟的断面一般采用梯形，大小应通过计算确定，但水量较小时，可以不用计算而直接采用底宽米的但水量较小时，可以不用计算而直接采用底宽米的最小断面，沟深也不小于米。排水沟的长度根据实最小断面，沟深也不小于米。排水沟的长度根据实际需要来定，通常在际需要来定，通常在500500米左右。米左右。n n四、跌水与急流槽四、跌水与急流槽n n山岭重丘区，排水沟渠枞坡较陡，水流急冲刷力强。山岭重丘区，排水沟渠枞坡较陡，水流急冲刷力强。为减小流速，降低水流的能量，防止对路基的危害，为减小流速，降低水流的能量，防止对路基的危害，大多设跌水和急流槽。大多设跌水和急流槽。n n跌水和急流槽的构造分为三部分：进水口、台阶、跌水和急流槽的构造分为三部分：进水口、台阶、出水口。台阶部分的作用在于消能。出水口。台阶部分的作用在于消能。n n五、五、排水沟渠的计算排水沟渠的计算n n计算分为