路面路基工程课件第4章路基稳定性计算文档.pptx

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1、路面路基工程汽车与交通学院第四章 路基稳定性分析计算l学学习要点：要点：掌握直线法验算及分段圆弧法验算路堤边坡稳定性；熟悉陡坡路堤稳定性验算；了解河滩路堤稳定性验算；第一节 边坡稳定性分析原理与方法一.边坡稳定原理静不定问题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。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。二.边坡稳定性分析的计算参数（一）土的计算参数1.1

2、.对于路堑或天然边坡取：原状土的容重、内摩擦角和粘聚力。2.2.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。3.3.边坡由多层土体所构成时：（4-1）（4-2）（4-3）适用于粗略分析（二）.边坡稳定性分析边坡的取值a)取平均值 b)取坡顶与坡脚点连线(三）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：（4-4）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；汽车荷载是静载还是动载？三.边坡稳定性

3、分析方法力学分析法数解法图解法或表解法工程地质法一）.力学分析法1.直线法适用性适用性：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：由于砂性土粘聚力很小，可忽略不计则式（4-5）可表达为：（4-5）（4-6）K1时，滑动面土体处于极限平衡状态，此时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同学们，还记得大明湖畔的自然休止角吗3035路堑：式中：a0 参数，按微分法，当dK/d0可求K最小时破裂面倾斜角0值：则：成层砂类土边坡：（4-10）如果某一分块有换算土柱荷载，该分块应包括换算土柱荷载在内。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。2.

4、圆弧法适用性：边坡有不同的土层、均质土边坡，部分被淹没、均质土坝，局部发生渗漏、边坡为折线或台阶形的粘性土的路堤与路堑。1）圆弧法的基本原理与步骤基本原理：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。计算精度：主要与分段数有关，分段越多越精确。基本假定：一般假定土为均质和各项同性；滑动面通过坡角；不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响。基本步骤：（1 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。（2 2）计算每个土条的土体重Gi，Gi可分

5、解为垂直于小段滑动面的法向分力NiGicosi和平行于该面的切向分力TiGisini，isin-1(xi/R)（3 3）计算每一小段滑动面上的反力，即内摩擦力Nif（ftgi）和粘聚力cLi(4(4）以圆心o为转动圆心，半径R为力臂，计算滑动面上各力对o点的滑动力矩和抗滑力矩。滑动力矩：抗滑动力矩：（5 5）求稳定系数K值（4-11）即书上所谓代数和，即，滑动力矩-抗滑力矩2）.确定极限滑确定极限滑动面面再假定几个可能的滑动面，按上述步骤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

6、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。3）确定圆心辅助线4.5H法（1 1）4.5H4.5H法法：由坡角E向下引竖线，在竖线上截取高度H=h+h0，得F点。自F点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得M点。连接坡角E和顶点S，求得SE的斜度i0=1/m，据此查表得1和2值。由E点作与SE成1角的直线，再由S点作与水平线成2角的直线，两线相交得I点。连接I和M两点即得圆心辅助线。（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）。（3 3）3636法一法一：由

7、荷载换算土柱高顶点作与水平线成36角的线EF，即得圆心辅助线（4 4）3636法二法二：由坡顶处作与水平线成36角的线EF，即得圆心辅助线。此方法不大准第二节 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：一.陡坡路堤二.陡坡路堤边坡稳定性分析方法1.直线滑动面法：适用于：基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑。（4-13）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

8、。2.折线滑动面法：当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，可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。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。当最后的剩余下滑力0，认为稳定。第三节 浸水路堤稳定性一.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。由于在土体内渗水速度比河中水位升降速度慢，所以当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（浸润线）成凹形；当水位下降时，浸润线成凸形。当路堤一侧或两侧水位发生变化时，水的渗透速度与土的性质和时间有关。水位骤然下降时，由于水位差异，其渗透动水压力方向指向土体外面，这就剧烈破坏路堤边坡的稳定性，并可能产生边坡凸起和滑坡现象。高水位时，如路堤两侧边坡上水位不一致，会产生横穿路堤的渗透。粘性土填筑的浸水路堤，必须进行渗透动水压力计算。二.渗透动水压力的计算（4-15）式中：I 渗透水力降坡（用浸润曲线的平均坡降）；B 浸润曲线与滑动面之间的面积，m2；0 水的容重，kN/m3三.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（4-16）