路基穩(wěn)定計算

1、主要內(nèi)容 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(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)定性分析第一節(jié) 概述 寧淮高速公路第一節(jié) 概述 寧杭高速公路（浙江段）第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述1、邊坡種類、邊坡種類：天然邊坡、人工邊坡。：天然邊坡、人工邊坡。邊坡邊坡：具有傾斜坡面的：具有傾斜坡面的巖土體巖土體。 土坡土坡：具有傾斜坡面的：具有傾斜坡面的土體土體。第一節(jié) 概述天然邊坡：天然邊坡：江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡 山、嶺、丘、崗、天然坡山、嶺、丘、崗、天然坡第一節(jié) 概述人工邊坡：人工

2、邊坡：挖方：溝、渠、坑、池挖方：溝、渠、坑、池 填方：堤、壩、路基、堆料填方：堤、壩、路基、堆料小浪底土石壩小浪底土石壩第一節(jié) 概述2 2、什么是滑坡、什么是滑坡? ? 邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分土體相對與另邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分土體相對與另一部分土體滑動的現(xiàn)象稱滑坡。一部分土體滑動的現(xiàn)象稱滑坡。土坡滑坡前征兆土坡滑坡前征兆：坡頂下沉并出現(xiàn)裂縫，坡腳隆起。：坡頂下沉并出現(xiàn)裂縫，坡腳隆起。第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述 -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

3、層，特別是當(dāng)下伏土層(或巖層)不透水時，容易在交界上發(fā)生滑動。 （3）邊坡形狀：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)土坡不高時尚可直立，但隨時間和氣候的變化，也會逐漸塌落。3 3、路基失穩(wěn)的原因：、路基失穩(wěn)的原因：第一節(jié) 概述 -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、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設(shè)計斜坡應(yīng)針對這些原因，采用相應(yīng)的排水措施。 （2）振動的作用：如地震的反復(fù)作用下，砂土極易發(fā)生液化；粘性土，振動時易使土的結(jié)

4、構(gòu)破壞，從而降低土的抗剪強(qiáng)度；車輛運動、施工打樁或爆破，由于振動也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。 （3）人為影響：由于人類不合理地開挖，特別是開挖坡腳；或開挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時，都可引起斜坡變形破壞。3 3、路基穩(wěn)定性分析的原因：、路基穩(wěn)定性分析的原因：第一節(jié) 概述根本原因根本原因: 邊坡中土體內(nèi)部某個面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度。邊坡中土體內(nèi)部某個面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度。具體原因具體原因： （1）滑面上的剪應(yīng)力增加；）滑面上的剪應(yīng)力增加； （2）滑面上的抗剪強(qiáng)度減小。）滑面上的抗剪強(qiáng)度減小。3 3、路基穩(wěn)定性分析的原因：、路基穩(wěn)定性分析的

5、原因：第一節(jié) 概述 土的計算參數(shù) 、 （可分層劃段，使參數(shù)一致，一般采用直接快剪或三軸不排水剪切試驗；高路堤時宜采用直接固結(jié)快剪或三軸固結(jié)不排水剪切試驗；軟土地基宜采用直接固結(jié)快剪或三軸不固結(jié)不排水剪切試驗） 邊坡的取值 可取綜合坡度值，也可用坡頂與坡腳連線近似表達(dá) 汽車荷載的當(dāng)量換算 L=12.8m；Q=550kN；雙車道N=2，單車道N=1；B=Nb+(N-1)m+d,b=1.8m,m=1.3m,d=0.6m。4 4、邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)、邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數(shù)BLNQh 0CDEBA1:n1:n1:nh1h2h3h第一節(jié) 概述 試驗參數(shù)第一節(jié) 概述 5、假定 1）基本假定不考慮滑動

6、土體本身內(nèi)應(yīng)力分布；認(rèn)為平衡狀態(tài)只在滑動面上達(dá)到，滑動時成整體下滑；最危險的破裂面位置通過試算確定。第一節(jié) 概述5 5、假定、假定均質(zhì)粘性土：均質(zhì)粘性土：光滑曲面光滑曲面 （圓柱面（圓柱面/圓?。﹫A?。?非均質(zhì)的多層土或含軟弱非均質(zhì)的多層土或含軟弱夾層的土坡夾層的土坡: : 復(fù)合滑動面復(fù)合滑動面2）滑動面的形狀）滑動面的形狀 Rupture plane Slope in cohesionless soil 無粘性土無粘性土: :平面平面第一節(jié) 概述直線直線曲線曲線折線折線工程地質(zhì)法（比擬法）工程地質(zhì)法（比擬法）力學(xué)分析法力學(xué)分析法圖解法圖解法6 6、土坡穩(wěn)定性分析方法、土坡穩(wěn)定性分析方法1）按

7、失穩(wěn)土體的滑動面特征劃分：）按失穩(wěn)土體的滑動面特征劃分：2）穩(wěn)定性分析計算方法：）穩(wěn)定性分析計算方法：第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 直線法適用于砂土和砂性土（兩者合稱砂類土），土的抗力以內(nèi)摩擦力為主，粘聚力甚小。邊坡破壞時，破裂面近似平面。直線滑動面示意圖直線滑動面示意圖a)a)高路堤高路堤 b)b)深路堤深路堤 c)c)陡坡路堤陡坡路堤BDA1:ma)1:nABDb)ADc)1 1、適用范圍、適用范圍第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析costansinRN fcLQcLKTTQ第二節(jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析2 2、試算法、試算法式中：式中：滑動面的傾角；滑動面的傾角； f摩擦系數(shù)，

8、摩擦系數(shù)，f=tan； L滑動面的長度；滑動面的長度； N滑動面的法向分力；滑動面的法向分力； T滑動面的切向分力；滑動面的切向分力； c滑動面上的粘結(jié)力；滑動面上的粘結(jié)力； Q滑動體的重力。滑動體的重力。BDAHRQNT1:m直線滑動面上的力系示意圖直線滑動面上的力系示意圖方法：方法：假定假定 ，計算，計算K K與與 的關(guān)系。的關(guān)系。tantan 0Kc，當(dāng)?shù)诙?jié) 直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析3 3、解析法、解析法v邊坡穩(wěn)定系數(shù)最小值：邊坡穩(wěn)定系數(shù)最小值：min(2) cot2() cscKafa faBDATNQH式中：式中：tan ,2fHca53. 12778. 02,4663. 025

9、tan,1181. 1csc,26.63, 5 . 0cot6,/64.17 ,7 .1425min3KHcafmHmkNkPac，如cotcot GsincL+ cosaaftgGTRK第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析土的粘力使邊坡滑動面多呈現(xiàn)曲面，通常假定為圓弧滑動面。圓弧法適用于粘土，圓弧法適用于粘土，土的抗力以粘聚力為土的抗力以粘聚力為主，內(nèi)摩擦力力較小。主，內(nèi)摩擦力力較小。邊坡破壞時，破裂面邊坡破壞時，破裂面近似圓柱形。近似圓柱形。1 1、適用范圍、適用范圍第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 2、分析方法 瑞典法（Wolmar Fellenius法） 簡化的Bishop法 傳遞系數(shù)

10、法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析NfWROBd假定滑動面為圓柱面，截假定滑動面為圓柱面，截面為圓弧，利用土體極限面為圓弧，利用土體極限平衡條件下的受力情況：平衡條件下的受力情況： 滑動面上的最大滑動面上的最大抗滑力矩與滑動抗滑力矩與滑動力矩之比力矩之比 飽和粘土，不排水剪條飽和粘土，不排水剪條件下，件下， u u0 0，f fc cu u WdRLcKusWdRLMMKffsCA3 3、圓弧滑動面的分析法、圓弧滑動面的分析法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析假設(shè)圓弧滑動面確定圓心和半徑假設(shè)圓弧滑動面確定圓心和半徑把滑動土體分成若干條（條分法）把滑動土體分成若干條（條分法）建立土條的靜力平衡

11、方程求解建立土條的靜力平衡方程求解(取單位厚度計算）取單位厚度計算）OrWiiiilTiiilNHiViHi+1Vi+1i4 4、圓弧滑動面的條分法、圓弧滑動面的條分法- 1）瑞典圓弧滑動法假設(shè)）瑞典圓弧滑動法假設(shè)第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析假設(shè)（靜定化條件）各土條間的合力假設(shè)（靜定化條件）各土條間的合力S Si i，S Si+1i+1平行于滑動面，并且平行于滑動面，并且相等（相等（S Si i= =S Si+1i+1) )。11coscosiiiiiiHSSH11sinsiniiiiiiVSSVWiiiilTiiilNHiViHi+1Vi+1iSiSi+1i建立土條建立土條垂直于滑動面

12、垂直于滑動面的靜力平衡方程的靜力平衡方程得得cosiiiNW4 4、圓弧滑動面的條分法、圓弧滑動面的條分法- 2）瑞典圓弧滑動法平衡公式）瑞典圓弧滑動法平衡公式11()sin()cos0iiiiiiiiNHHWVV第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析粘性土土坡滑動前，坡頂常粘性土土坡滑動前，坡頂常常出現(xiàn)豎向裂縫常出現(xiàn)豎向裂縫 CRdBAWfONA z0深度近似采用土深度近似采用土壓力臨界深度壓力臨界深度 aKcz/20裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長度由裂縫的出現(xiàn)將使滑弧長度由AC減小減小到到AC，如果裂縫中積水，還要考慮，如果裂縫中積水，還要考慮靜水壓力對土坡穩(wěn)定的不利影響。靜水壓力對土坡穩(wěn)定的不利影響。

13、 FsFs是任意假定某個滑動面的抗滑安是任意假定某個滑動面的抗滑安全系數(shù)，實際要求的是與最危險滑全系數(shù)，實際要求的是與最危險滑動面相對應(yīng)的最小安全系數(shù)動面相對應(yīng)的最小安全系數(shù) 假定若干滑動面 最小安全系數(shù)最小安全系數(shù) 3）瑞典圓弧滑動法原理）瑞典圓弧滑動法原理-頂面有開裂頂面有開裂第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析1）圓心確定計算之前需要先用圓心輔助線法確定滑動圓弧的圓心位置。-4.5H法5 5、瑞典圓弧滑動條分法、瑞典圓弧滑動條分法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 5、瑞典圓弧滑動條分法-圓心確定 2）其他輔助方法-36線法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 5、瑞典圓弧滑動條分法 3）1

14、和2 的確定第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析12ROBA對均質(zhì)粘性土土坡，其對均質(zhì)粘性土土坡，其最危險滑動面通過坡腳最危險滑動面通過坡腳 =0=0 圓心位置首先由圓心位置首先由1 1，2 2確定確定OB12AHE2H4.5HF Fs s 00 圓心位置在圓心位置在E EO O的延的延長線上長線上 5 5、圓弧滑動面的條分法、圓弧滑動面的條分法-4）最危險滑動面圓心的確定最危險滑動面圓心的確定第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 4） 最危險圓弧滑動面圓心的確定（續(xù)） 當(dāng)土的內(nèi)摩擦角 =0時，最危險圓弧滑動面為一通過坡腳的圓弧，其圓心為D點。 當(dāng)土的 內(nèi)摩擦角 時，最危險圓弧 滑動面也為一通過坡

15、腳的圓弧， 其圓心在ED的延長線上。0第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析abcdiiOCRABH各土條對滑弧圓各土條對滑弧圓心的抗滑力矩和心的抗滑力矩和滑動力矩滑動力矩 滑動土體滑動土體分為若干分為若干垂直土條垂直土條土坡穩(wěn)定安土坡穩(wěn)定安全系數(shù)全系數(shù) 5 5、圓弧滑動面的條分法、圓弧滑動面的條分法- 5）條分法基本思路）條分法基本思路iifNcLKT第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析滑動力矩滑動力矩 11sinnniiiiiiMW dW R 抗滑力矩抗滑力矩 1niiMT R cosiiiNW 1scostanni iiiiic lWMRK 1s1costansinni iiiiiniiic

16、lWKW stani iiiic lNTK MM 5）條分法基本思路）條分法基本思路第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析由于iifNcLKT式中：式中： N Ni i各土條的法向應(yīng)力；各土條的法向應(yīng)力； T Ti i各土條的切向應(yīng)力；各土條的切向應(yīng)力； i i各土條重心與圓心連接線各土條重心與圓心連接線 對豎軸對豎軸y y的夾角；的夾角； L L 滑動面圓弧全長；滑動面圓弧全長； 0圓心角。圓心角。io6）瑞典圓弧滑動條分法總示意圖瑞典圓弧滑動條分法總示意圖對于外形復(fù)雜、對于外形復(fù)雜、 00的粘性土土坡，土體分層情況時，要確定滑動土體的重量的粘性土土坡，土體分層情況時，要確定滑動土體的重量及其重

17、心位置比較困難，而且抗剪強(qiáng)度的分布不同，一般采用條分法分析及其重心位置比較困難，而且抗剪強(qiáng)度的分布不同，一般采用條分法分析 第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析7 7）條分法分析步驟）條分法分析步驟I IabcdiiOCRABH按比例按比例繪出土坡剖面繪出土坡剖面 任選一圓心任選一圓心O O，確定滑動，確定滑動面，將滑動面以上土體分成面，將滑動面以上土體分成幾個等寬或不等寬土條幾個等寬或不等寬土條 每個土條的受力分析每個土條的受力分析 cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜力平衡靜力平衡假設(shè)兩組合力假設(shè)兩組合力( (P Pi i，X Xi i) ) ( (P Pi i1 1，X Xi

18、 i1 1) )iiiWNcosiiiWTsiniiiiiiWllNcos1iiiiiiWllTsin1第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析7 7）條分法分析步驟）條分法分析步驟滑動面的總滑動力矩滑動面的總滑動力矩 iiiWRTRTRsin滑動面的總抗滑力矩滑動面的總抗滑力矩 )tancos(taniiiiiiiiiifiRlcWRlcRlRT確定安全系數(shù)確定安全系數(shù) iiiiiiisWlctgWTRRTFsincosabcdiiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi條分法是一種試算法，應(yīng)選取不同條分法是一種試算法，應(yīng)選取不同圓心位置和不同半徑進(jìn)行計算，求圓心位置和不同半徑進(jìn)行

19、計算，求最小的安全系數(shù)最小的安全系數(shù) Wi第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析條條分分法法計計算算步步驟驟圓心O，半徑R分條編號列表計算 Wi bi i變化圓心O和半徑RsiF計算Fs最小ENDNiiWTiAORCaibBn i 321第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析1）表解法和圖表法 主要是對條分法進(jìn)行簡化后的粗略估算使用 表解法見4-9和圖解法4-10式2）解析法 針對高塑性土，具體分為坡腳圓法和中點圓法 坡腳圓法見4-14和中點圓法見4-17式6 6、圓弧滑動面的圖表法及解析法、圓弧滑動面的圖表法及解析法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析7 7、存在問題、存在問題1 1）簡便法在力學(xué)上的

20、矛盾（計算假定引起）簡便法在力學(xué)上的矛盾（計算假定引起）i1i1iisi-1sisisi+12）相臨土條的）相臨土條的si不相等不相等第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析8 8、簡化的、簡化的BishopBishop法法（1955）建立土條建立土條側(cè)面力平衡方程側(cè)面力平衡方程，土條，土條 i： cossin0iiiiiiWHNT HiHi1Hi stani iiiic lNTK s1(sin)i iiiiiic lNWHmK ssintancosiiiimK 因因第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析忽略忽略成對條間力產(chǎn)生的力矩成對條間力產(chǎn)生的力矩 按滑動體整體力矩平衡：按滑動體整體力矩平衡： 11

21、0nniiiiiW dT R1s11cos()tansinni iiiiiiiniiic lWHmKW stani iiiic lNTK s1(sin)i iiiiiic lNWHmK 1s11costansinni iiiiiiniiic lWmKW 則則Hi0 一般式一般式簡化式簡化式1iiVV由于由于因因V1=0), 3 , 2(0niVi通常迭代通常迭代34次就可滿足精度要求次就可滿足精度要求 迭代法求迭代法求Ks假定假定Ks1.0計算計算miKssssKKK Ks是是否否Ks= Ks第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 幾種穩(wěn)定性驗算方法的比較第三節(jié)

22、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 9、公路路基設(shè)計規(guī)范驗算方法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 9、公路路基設(shè)計規(guī)范驗算方法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 9、公路路基設(shè)計規(guī)范驗算方法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 10）不平衡推力法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 10）不平衡推力法 不平衡推力法假定各土條間推力Pi（即水平力Ei和豎向力Vi的合力）的作用方向平行于上側(cè)土條滑動面的傾角。 由土條滑動面上切向力平衡條件得到Ei=Wisin?i+Ei-1cos( i-1- i)-Ti因 代入得：Ei=Wisin i+Ei-1cos( i-1- i)- 再由土條滑動面上法向力平衡條件得到Ni

23、=Wisin i+Ei-1sin( i-1- i) 代入得：siiiiFNlcTtan1siiiiFNlcTtan1第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析10）不平衡推力法）不平衡推力法第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 10、公路路基設(shè)計規(guī)范要求 路堤穩(wěn)定安全系數(shù)要求第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析假定假定), 3 , 2(0niViniiiHH110)(得2）土條平衡方程土條平衡方程HiWiHiViHi+1Vi+1iTiiiUNN1cos()sin(1)iiiiiiiTNUHHsin()cos(2)iiiiiiTNUW水平水平方向方向垂直垂直方向方向1） Vi=Vi+1滑動面上的滑動面上的破

24、壞條件破壞條件tan(3)i iiiisClNTF由(2)(3)兩式整理后得到Nicos(1/)sin(4)cos(1/)sintaniiisi iiiiiiiWUF ClNFu1111、簡布、簡布(Janbu)(Janbu)法說明法說明- -自學(xué)自學(xué)第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析cos(cos)tantancosi iiiiiiiisaiiClWUWF m1cos(cos)tancostani iiii iiiaiisiiClWulmFW（4）代入（3）得cos(cos)tan(5)i iiiiiiisaiclWUTF m1/ costan()0iiiiiiTWHH根據(jù)平衡條件（1）、（2）及假定（2）得cos(1/)sintanaiisiimF其中式（5）代入上式得所以u1111、簡布、簡布(Janbu)(Janbu)法說明法說明- -自學(xué)自學(xué)第三節(jié) 曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析假設(shè)（靜定化條件）各土條間的合力假設(shè)（靜定化條件）各土條間的合力S Si i，S Si+1i+1平行于滑動面，并且平行于滑動面，并且相等（相等（S Si i= =S Si+1i+1) )。11coscosiiiiiiHSSH11sinsiniiiiiiVSSVWiiiilTiiilNHiViHi+1Vi+1iSiSi+1i建立土條建立土條垂直于滑動面垂直于滑動面的靜力平衡方程的靜力平衡方