第7章路基稳定性设计.pptx

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1、一、边坡稳定性分析原理7-1 边坡稳定性分析原理与方法滑动面的形状与土质有关。粘性土：滑动土体有时象圆柱形，有时象碗形。松散的砂性土及砂土：滑动面类似于平面。下滑面是单一平面 静力平衡问题。第1页/共49页下滑面具有二个破坏面，稳定性分析时必须确定两个破坏面上的法向力的大小和作用点，但只能建立三个平衡方程，因而这是一个超静定问题。下滑面具有多个破坏面，稳定性分析时必须确定每个破坏面法向力的大小和作用点，同样只能建立三个平衡方程，因而这是一个多次超静定问题。7-1 边坡稳定性分析原理与方法第2页/共49页静不定问题1.通常按平面问题来处理。2.松散的砂性土和砾（石）土在边坡稳定分析时可采用直线破

2、裂法。静定问题所作假设：3.粘性土在边坡稳定分析时可采用圆弧破裂面法。7-1 边坡稳定性分析原理与方法第3页/共49页边坡稳定分析时，大多采用近似 的方法，并假设：1.不考虑滑动土体本身内应力的分布。2.认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑。3.极限滑动面位置需要通过试算来确定。7-1 边坡稳定性分析原理与方法第4页/共49页二.边坡稳定性分析的计算参数1.土的计算参数（1）对于路堑或天然边坡取：原状土的容重、内摩擦角和粘聚力。（2）.对于路堤边坡，应取与现场压实度一致的压实土的试验数据。3.边坡由多层土体所构成时：7-1 边坡稳定性分析原理与方法第5页/共49页二、边坡稳定性分析的

3、计算参数2 边坡稳定性分析边坡的取值取平均值取坡脚点和坡顶点 的连线。7-1 边坡稳定性分析原理与方法第6页/共49页3.汽车荷载当量换算边坡稳定分析时，需要将车辆按最不利情况排列，并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高，以ho表示：式中：N 横向分布的车辆数；Q 每辆车的重力，kN；L 汽车前后轴的总距：汽-10级和汽-15级，L4.2m，汽-20级重车，L5.6m；B 横向分布车辆轮胎最外缘之间的距离；7-1 边坡稳定性分析原理与方法第7页/共49页三.边坡稳定性分析方法2.力学分析法数解法图解法或表解法1.工程地质法概念：根据不同土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的资料调查，拟定边

4、坡稳定值参考数据，在设计时，将影响边坡稳定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边坡值。7-1 边坡稳定性分析原理与方法第8页/共49页三、边坡稳定性分析方法 2力学分析法 数解法：大都采用极限平衡法，近似把岩土看做刚塑性材料，假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分析，从中找出极限滑动面，按此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。图解或表解法：在计算机和图解分析的基础上，制定成图或表，用查图或查表法进行边坡稳定性分析。直线破裂面法圆弧破裂面法砂土和砂性土粘性土滑动面形状分为：7-1 边坡稳定性分析原理与方法合理的选定岩土的计算参数，比选择何种计算方法更为重要，所以，在路

5、基设计前，要加强地质勘察测试工作。第9页/共49页3.直线法适用性：适用于砂土和砂性土，土抗力以内摩擦力为主，粘聚力很小。路堤：7-1 边坡稳定性分析原理与方法第10页/共49页3.直线法l先假定路堤边坡值l 然后通过坡脚A点，假定34个可能的破裂面l求出相应的稳定系数Ki值Ki与i的关系曲线l最小稳定系数值Kmin，及对应的极限破裂面倾斜角值。7-1 边坡稳定性分析原理与方法试算法：第11页/共49页3.直线法由于砂性土粘聚力很小，可忽略不计则上式可表达为：K1时，滑动面土体处于极限平衡状态，路堤的极限坡度等于砂类土的内摩擦角，该角相当于自然休止角7-1 边坡稳定性分析原理与方法第12页/共

6、49页路堑：式中：0 参数，dK/d0K最小时破裂面倾斜角0值：则：（解析法）第13页/共49页成层砂类土边坡：稳定系数Kmin应大于1.25，但K值也不宜过大，以免造成不经济。7-1 边坡稳定性分析原理与方法第14页/共49页一、简化条分法1 基本原理与步骤基本原理：静力平衡，将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，然后叠加计算整个滑动土体的稳定性。7-2 7-2 条分法条分法第15页/共49页一、简化条分法1 基本原理与步骤基本假定：l土为均质和各项同性；7-2 7-2 条分法条分法l滑动面通过坡角；l不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的

7、影响，土条不受侧向力作用。第16页/共49页圆弧法边坡稳定性分析计算图7-2 7-2 条分法条分法第17页/共49页基本步骤：（1）通过坡角任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，半径为R，沿路线纵向取单位长度1m。将滑动土体分成若干个一定宽度的土条，宽度一般2-4m。7-2 7-2 条分法条分法第18页/共49页基本步骤：（2）计算每个土条的土体重Gi法向分力NiGicos切向分力TiGisiniisin-1(xi/R)7-2 7-2 条分法条分法第19页/共49页基本步骤：（3）计算每一小段滑动面上的反力：内摩擦力Nif（ftgi）粘聚力cLi7-2 7-2 条分法条分法第20页/共49页（4）

8、滑动面上各力对o点的滑动力矩和抗滑力矩。l滑动力矩：l抗滑动力矩：第21页/共49页（5）求稳定系数K值式中：L 滑动面圆弧全长，L=0.01475R0第22页/共49页第23页/共49页（1）4.5H法：E点F点，H=h+h0F点M点，4.5H连接E、S点，i0=1/m1和2值。E、1角，S、2角I点连接I和M得圆心辅助线。2.确定圆心辅助线第24页/共49页（2）简化的4.5H法：不考虑荷载换算土层厚度h0，即Hh斜度i0按边坡角、坡顶的连线AB与水平线的夹角来计算，其他步骤同（1）。7-2 7-2 条分法条分法第25页/共49页（3）36法一：由荷载换算土柱高顶点作与水平线成36角的线E

9、F圆心辅助线（4）36法二：由坡顶处作与水平线成36角的线EF圆心辅助线。第26页/共49页假定几个可能的滑动面计算相应的稳定系数K在圆心辅助线上绘出稳定系数对应于圆心的关系曲线Kf（o）在该曲线最低点作圆心辅助线的平行线与曲线f（o）相切的切点对应的圆心为极限滑动面圆心对应的滑动面为极限滑动面相应的稳定系数为极限稳定系数，其值应在1.251.5之间。7-2 7-2 条分法条分法3.确定极限滑动面及稳定系数第27页/共49页传递系数法假设分条间推力Fi的作用方向，又不考虑其作用点位置影响。通常把推力作用方向取为上侧条块滑动面方向由滑动面上的平衡方程及极限平衡条件可得到：i条块上的Fi由该条块的

10、下滑力、抗滑力及上一条快传下的不平衡下滑力组成。分析时，假设Ks值，自上而下计算剩余下滑力，直到Fn=0为止，此时的Ks即为所求的安全系数。第28页/共49页二、边坡稳定性演算方法的应用u基本程序：选择可能破坏面的形状和位置；选择分析计算方法将破坏面上土体划分为若干土条；计算作用在土条上的若干力；确定抗剪强度参数；计算破坏面上土体的安全系数；将最危险滑动面的安全系数与规定的容许值比较，判断路基稳定性。第29页/共49页二、边坡稳定性演算方法的应用1.破坏面形状和位置的选择透水性材料；均质粘性土；软弱地基上路堤；陡坡路堤。第30页/共49页二、边坡稳定性演算方法的应用2.总应力和有效应力分析总应

11、力法：不排水剪，不需确定破坏时的有效应力，分析时，沿着采用不排水剪强度的破坏面，空隙压力取作零有效应力法：排水剪，需要知道空隙水压力。第31页/共49页二、边坡稳定性演算方法的应用2.总应力和有效应力分析水饱和细粒土填筑路堤边坡，较危险的是短期稳定性总应力法；水饱和的挖方边坡，较危险的是长期稳定性有效应力法。第32页/共49页3、陡坡路堤稳定性当路堤修筑在陡坡上，且地面横坡度大于1：2.0或在不稳固的山坡上时，路基不仅要分析路堤边坡稳定性，还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。陡坡路堤滑动的几种可能：（1）陡坡路堤第33页/共49页（2）陡坡路堤边坡稳定性分析方法 a.直线滑动面法：适用

12、于：基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑。式中：Q 对于以基底接触面为滑动面者，等于路堤自重；对于以基底以下软弱面为滑动面者，等于路堤连同其下不稳定土的自重；P 路堤顶换算土柱荷载。7-2 7-2 条分法条分法第34页/共49页b.折线滑动面法：当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时将滑动面上土体折线段划分为若干条块自上而下分别计算各土体的剩余下滑力根据最后一块的剩余下滑力的正负值确定其整体稳定性7-2 7-2 条分法条分法第35页/共49页式中：Tn 第n个条块的自重Qn与荷载Pn的切线下滑力；Nn 第n个条块的自重Qn与荷载Pn的法向分力；En-1 上一个第n-1个条块传递而来的剩余下滑力。

13、当最后的剩余下滑力0，认为稳定。7-2 7-2 条分法条分法b.折线滑动面法：第36页/共49页4.浸水路堤稳定性（1）渗透动水压力的作用河滩路堤除承受外力及自重外，还要承受浮力及渗透动水压力的作用。当堤外水位升高时，水位的比降曲线（浸润线）成凹形 当水位下降时，浸润线成凸形7-2 7-2 条分法条分法第37页/共49页水位骤然下降时水位差异渗透动水压力方向指向土体外面，剧烈破坏路堤边坡的稳定性产生边坡凸起和滑坡现象7-2 7-2 条分法条分法第38页/共49页高水位时路堤两侧边坡上水位不一致横穿路堤的渗透。7-2 7-2 条分法条分法第39页/共49页（2）渗透动水压力的计算式中：I 渗透水

14、力降坡；B 浸润曲线与滑动面之间的面积，m2；7-2 7-2 条分法条分法第40页/共49页（3）浸水路堤边坡稳定性分析最不利情况：最高水位骤然降落采用圆弧法进行浸水路堤边坡稳定分析7-2 7-2 条分法条分法第41页/共49页简化：式中：fcNc、fBNB 浸润线以上及以下部分滑动面的内摩擦力，fctgc，fBtgB；Tc、TB 浸润线以上及以下部分滑动面的下滑力；Dn 分段渗透动水压力；Sn 分段渗透动水压力作用线距圆心的垂直距离。计算水位线以下土的浸水容重B：式中：土的相对密度，即固体土粒容重对水容重之比，s/07-2 7-2 条分法条分法第42页/共49页u软土地基上设计路堤需要考虑的

15、问题:地基的承载力路堤的稳定性7-3 7-3 地基稳定性分析地基稳定性分析路堤沉降路面结构的正常使用及其使用寿命提高稳定性地基处理措施u确定设计条件:地基条件土性指标施工条件路堤形状 道路条件容许剩余沉降第43页/共49页一 地基沉降分析与计算 1 施工期间沉降计算:初期阶段：土层不完全饱和状态可压缩性较低空隙水压力增长低于填土压力增长7-3 7-3 地基稳定性分析地基稳定性分析填土到一定高度：有效压力=先期固结压力后期阶段正常固结阶段软土沉降是由处于不排水状态的塑性流动产生沉降量：施工阶段的再固结、后期阶段的剪切沉降第44页/共49页一 地基沉降分析与计算 2 施工后沉降计算：软土层正常固结

16、状态：总的竖向压应力保持不变,而有效竖向压力随孔隙压力的消散而增加，软弱土层逐渐完成其固结过程。次固结：土中孔隙水压力已基本消散，但压缩变形仍随时间的增加而继续缓慢增长7-3 7-3 地基稳定性分析地基稳定性分析第45页/共49页一 地基沉降分析与计算7-3 7-3 地基稳定性分析地基稳定性分析3 侧向位移计算：4沉降速率：受压缩定律及达西定律控制二、路堤极限高度临界高度、沿线具体条件、排水、防护措施第46页/共49页复习思考题：1.直线滑动面法和圆弧滑动面法各自适应的条件是什么？2.路基边坡稳定性分析中，有关设计参数应如何选择？3.什么叫当量土柱高？4.直线滑动面法和圆弧滑动面法进行边坡稳定性分析时，演算的方法步骤有哪些？5.什么叫浸水路堤？何种情况需计入渗透动压力的影响？稳定演算的方法和步骤有哪些？6.什么叫陡坡路堤？陡坡路堤稳定性演算的方法步骤有哪些？第47页/共49页作业：1.某挖方边坡，已知=25,c=14.7kPa，=17.64kN/m3,H=6.0m，现拟采用1：0.5的边坡，试验算其稳定性。2.上例已知数据不变，考虑到稳定系数偏高，试求允许的边坡度。3.题一已知数据不变，试求允许的最大高度。第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页