圆弧滑动面的边坡稳定计算方法PPT课件.ppt

关于圆弧滑动面的边坡稳定计算方法第一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第一节 概述 1.稳定性分析对象（1）不需要稳定性分析：边坡不高的路基（例如不超）不需要稳定性分析：边坡不高的路基（例如不超过过8.0m的土质边坡、不超过12.0m的石质边坡），可按般路基设计，采用规定的坡度值即可。般路基设计，采用规定的坡度值即可。（2）需要进行稳定性分析：地质与水文条件复杂、高填深挖或特殊需要的路基。2.土坡稳定性分析方法 按失稳土体的滑动面特征:（1）直线；（）直线；（2）曲线；（3）折线第二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月3.岩石路堑边坡稳定性分析过程（1 1）首先进行定性分析；）首先进行定性分析；（2 2）确定失稳岩体的范围和软弱面（滑动面）；）确定失稳岩体的范围和软弱面（滑动面）；（3 3）进行定量力学计算。）进行定量力学计算。4.路基边坡稳定性分析方法（1 1）工程地质法（比拟法）：实践经验的对比）工程地质法（比拟法）：实践经验的对比（2 2）力学分析法：数解（运用力学方程、数学公式进行计）力学分析法：数解（运用力学方程、数学公式进行计算）算）（3 3）图解法：查图、查表）图解法：查图、查表5.路基边坡稳定性力学计算的基本方法第三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月6.行车荷载作用当量路基岩土层厚度的换算 计算荷载换算示意图 第四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析 直线滑动面示意图a）高路堤；b）深路堑；c）陡坡路堤 第五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月1.试算法 直线滑动面上的力系示意图 第六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月稳定系数计算公式：对于砂类土，可取c0，则稳定系数：第七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月K与滑动面倾角w的关系曲线示意图 第八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2.解析法 直线滑动面的计算图式 第九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月稳定系数计算公式：其中 第十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析 圆弧滑动面的边坡稳定计算方法：圆弧滑动面的边坡稳定计算方法：（1 1）条分法（瑞典法）条分法（瑞典法）（2 2）表解和图解法）表解和图解法（3）应力圆法）应力圆法（4）圆法圆法第十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月1.圆弧滑动面的条分法（条分法是具有代表性的方法）（1）原理：静力平衡）原理：静力平衡 （2）图式（确定圆心位置）n n（a）4.5H线法；n n（b）36线法 第十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月4.5H线法确定圆心位置图式1K值曲线；2圆心辅助线；3最危险滑动面 第十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月36线法确定圆心位置图式 第十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（3 3）计算式）计算式 条分法计算图式 第十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n稳定系数K计算公式：n n当路基分层填筑，参数相差较大时，可取加权平均值。设土层厚度为hi，则：，则：第十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2.条分法的表解和图解 （1 1）表解法）表解法n n（a a）计算图式）计算图式n n（b b）稳定系数）稳定系数K K计算公式：计算公式：表解法计算图式 第十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n（c c）根据边坡率）根据边坡率mm查表获取参数查表获取参数A A和和B B，计算稳定，计算稳定系数系数K K：n n（d d）表解法为近似解，）表解法为近似解，K K值要求应略为提高（到值要求应略为提高（到底提高多少，具体问题具体分析，例如底提高多少，具体问题具体分析，例如K Kmin1.5min1.5）。）。第十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）图解法n n（a）在极限平衡条件下（）在极限平衡条件下（K K1.0），计算），计算 n n（b）查图）查图 n n（c c）查图确定任意高度）查图确定任意高度H的边坡角，或指定值时，确定H值；n n（d）转换到所需求稳定系数）转换到所需求稳定系数K K值下的边坡角或高度或高度H：第二十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月3.圆弧滑动面的解析法（1 1）坡脚圆法）坡脚圆法 坡脚圆（0）计算图式 第二十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n滑动土体滑动土体ABDFABDF对圆心对圆心O O的滑动力矩为：的滑动力矩为：其中：第二十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n抗滑力矩抗滑力矩MMy y为：为：n n按极限平衡条件（按极限平衡条件（MMy yMM0 0），边坡的稳定系数），边坡的稳定系数为：为：第二十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n欲使欲使K K值最小，函数值最小，函数f f（0 0，a a，w w）应最大。以）应最大。以 0 0与与w w为自变量，为自变量，f f（0 0，a a，w w）分别对）分别对 0 0和和w w进行求偏导，进行求偏导，可得：可得：第二十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n利用上面两式，假定不同的坡脚参数利用上面两式，假定不同的坡脚参数 0 0或或w w，分别，分别计算和绘制关系曲线图，见下图：计算和绘制关系曲线图，见下图：坡脚圆的a，0，w关系图 第二十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2 2）中点圆法）中点圆法 中点圆计算图式 第二十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n总滑动力矩总滑动力矩MM0 0由五部分组成：由五部分组成：n n这五部分相加、合并后为：这五部分相加、合并后为：第二十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n抗滑总力矩抗滑总力矩MMy y为：为：n n边坡稳定系数边坡稳定系数K K值为：值为：第二十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n以以w w和和 0 0为自变量，分别对为自变量，分别对w w和和 0 0求偏导，求偏导，K Kminmin值对值对应的最危险圆弧则对应最大应的最危险圆弧则对应最大w w和和 0 0，可得，可得w w0 0，2 2 0 0tantan 0 0，即，即 0 066476647，由此可得：，由此可得：n n为便于工程应用，引入参数为便于工程应用，引入参数 和和，其计算公式分别，其计算公式分别为：为：第二十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n由下图可查得由下图可查得 和和 值，然后计算值，然后计算w w和和 0 0，可得，可得f f（0 0，a a，w w），即可得到边坡稳定系数），即可得到边坡稳定系数K K值。值。坡角a与因数和关系曲线图 第三十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n对高塑性填土边坡对高塑性填土边坡(0)0)，a53a53时为坡脚圆，时为坡脚圆，a53a60a60时，最危险滑动面在坡脚地面线以上，此种滑动面时，最危险滑动面在坡脚地面线以上，此种滑动面圆弧称为坡面圆。圆弧称为坡面圆。a与H/c及关系图（0）第三十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第四节 软土地基的路基稳定性分析 n n软土的定义：软土的定义：由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土，主要有淤泥、淤泥质土和泥炭。量腐殖质所组成的土，主要有淤泥、淤泥质土和泥炭。n n软土分类（按沉积环境）：软土分类（按沉积环境）：河海沉积、湖泊沉积、江滩沉积和沼泽沉积。河海沉积、湖泊沉积、江滩沉积和沼泽沉积。n n软土力学性质：软土力学性质：抗剪强度低，填土后受压可能产生侧向滑动或较大抗剪强度低，填土后受压可能产生侧向滑动或较大的沉降，从而导致路基的破坏。的沉降，从而导致路基的破坏。n n软土地基处理方法：软土地基处理方法：薄层软土：清除换土；厚层软土：填土高度超过软薄层软土：清除换土；厚层软土：填土高度超过软土容许的填筑临界高度，换土量大，应采取加固措施。土容许的填筑临界高度，换土量大，应采取加固措施。第三十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月1.临界高度的计算 临界高度：天然地基状态下，不采取任何加固措施，所容许的路基最大填土高度。（1）均质薄层软土地基）均质薄层软土地基 此时圆弧滑动面与软土层底面相切，则 第三十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）均质厚层软土地基n n由于d值很大，值向无穷大数值接近，故取值向无穷大数值接近，故取NwNw5.52，所以，而填土容重一般为17.519.5kN/m3，所以 实际工程中可近似取Hc0.3c。（3）对于非均质软土地基的填土临界高度，涉及因素较多，实际计算时可直接根据稳定性分析结果而定。第三十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2.路基稳定性的计算方法（1 1）总应力法）总应力法 软土地基稳定性计算模式 第三十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n稳定系数K值为：n n总应力法计算的总应力法计算的K值主要是为快速施工瞬时加载情况下提供的安全系数，而未考虑在路堤荷载作用下，土层固结所导致的土层总强度的增长。第三十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2 2）有效固结应力法）有效固结应力法 n n有效固结应力法可以求固结过程中任意时刻已知固结有效固结应力法可以求固结过程中任意时刻已知固结度的安全系数，但它本身不计算固结度，只是把固结度的安全系数，但它本身不计算固结度，只是把固结度作为已知条件。度作为已知条件。n n稳定系数稳定系数K K值为：值为：n n值得注意的是，当固结度较小时，用有效固结应力法值得注意的是，当固结度较小时，用有效固结应力法计算的安全系数不一定比用快剪指标的总应力法计算计算的安全系数不一定比用快剪指标的总应力法计算的安全系数大。的安全系数大。第三十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第五节 浸水路堤的稳定性分析 n n浸水路堤的受力状况：自重 行车荷载 水的浮力（取决于浸水深度）渗透动水压力（取决于水的落差或坡降）第三十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月双侧渗水路堤水位变化示意图 单侧浸水路堤水位变化示意图 第三十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月n n砂性土路堤：透水性强，动水压力较砂性土路堤：透水性强，动水压力较小；小；n n粘性土路堤：压实后密实，透水性差，粘性土路堤：压实后密实，透水性差，动水压力不大。动水压力不大。n n土质路堤：如亚砂土或亚粘土等，稳土质路堤：如亚砂土或亚粘土等，稳定性较差；定性较差；第四十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月1.1.假想摩擦角法n n适当改变填料的内摩擦角，利用非浸水时的常用方法，适当改变填料的内摩擦角，利用非浸水时的常用方法，进行浸水时的路堤稳定性计算。进行浸水时的路堤稳定性计算。n n此法适用于全浸水路堤，是一种简易方法，可供粗略此法适用于全浸水路堤，是一种简易方法，可供粗略估算参考。估算参考。第四十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2.悬浮法n n假想用水的浮力作用，间接抵消动水压力对边坡的影响，假想用水的浮力作用，间接抵消动水压力对边坡的影响，即在计算抗滑力矩中，用降低后的内摩擦角反应浮力的即在计算抗滑力矩中，用降低后的内摩擦角反应浮力的影响（抗滑力矩相应减少），而在计算滑动力矩中，不影响（抗滑力矩相应减少），而在计算滑动力矩中，不考虑因浮力作用，滑动力矩没有减少，用以抵偿动水压考虑因浮力作用，滑动力矩没有减少，用以抵偿动水压力的不利影响。力的不利影响。n n稳定系数稳定系数K K值为：值为：n n此法亦较粗略，适用于方案比较时估算参考。此法亦较粗略，适用于方案比较时估算参考。第四十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月悬浮法计算图式1滑动面；2降水曲线 第四十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月3.条分法n n与非浸水时的条分法相同，但土条分成浸水与干燥两部分，并直接计入浸水后的浮力和动水压力作用。这样显然比上述两法更符合实际条件，当需要比较精确计算时，可采用此法。n n边坡稳定系数边坡稳定系数K值为：第四十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月浸水土条示意图1未浸水部分；2浸水部分；3降水线 第四十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第六节 路基边坡抗震稳定性分析 1.震害与震力（1）决定路基边坡遭受震害影响轻重程度的因素：n n（a）地震烈度；n n（b）岩土的稳定情况，包括岩土的结构与组成；n n（c）路基的形式与强度，包括路基高度、边坡坡度及土基压实程度等。第四十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2 2）公路工程抗震设计规范(JTJ 00489)规定，对于地震烈度为8度或8 8度以上的地区，路基设计应符合防震的要求，其中包括软弱地基加固、限制填挖高度、提高路基压实度，以及放缓边坡坡度等。（3）定义n n震级：衡量地震自身强度大小的等级，一般分为震级：衡量地震自身强度大小的等级，一般分为8级。级。n n地震烈度：地表面遭受地震影响的强弱程度。我国分为12度。n n 一次地震仅有一个震级，但有几个烈度。第四十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（4 4）地震引起的水平力）地震引起的水平力 P P地震角示意图 地震水平力P为：第四十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2.2.边坡抗震稳定性的计算边坡抗震稳定性的计算（1 1）数解法）数解法n n按照非地震地区的路基按照非地震地区的路基边坡稳定性分析方法，边坡稳定性分析方法，确定最危险的滑动面确定最危险的滑动面（直线或圆弧等），然（直线或圆弧等），然后再考虑地震的作用力。后再考虑地震的作用力。n n根据作用力及静力平衡原根据作用力及静力平衡原理，可得稳定系数理，可得稳定系数K K值为：值为：第四十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月地震地区边坡稳定性计算图a）直线滑动面；b）圆弧滑动面 第五十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）图解法n n用力三角形的图解法，求各土条的法向力和切向力，具体方法与非地震区的路基稳定性计算基本相同，但考虑到地震角、土条重力、土条重力偏移方向，以合力偏移方向，以合力Qs代替Q即可，而且Qs s 。n n稳定系数K值为：值为：第五十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月感谢大家观看第五十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月