邊坡穩(wěn)定性分析方法

1、第二節(jié) 邊坡穩(wěn)定性分析方法力學(xué)驗(yàn)算法和工程地質(zhì)法是路基邊坡穩(wěn)定性分析和驗(yàn)算方法常用的兩種方法。1力學(xué)驗(yàn)算法(1)數(shù)解法 假定幾個(gè)不同的滑動(dòng)面，按力學(xué)平衡原理對(duì)每個(gè)滑動(dòng)面進(jìn)行驗(yàn)算，從中找出最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，按此最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的穩(wěn)定程度來(lái)判斷邊坡的穩(wěn)定性。此方法計(jì)算較精確，但計(jì)算繁瑣。(2)圖解或表解法 在圖解和計(jì)算的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)分析研究，制定圖表，供邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)采用。以簡(jiǎn)化計(jì)算工作。2工程地質(zhì)法根據(jù)穩(wěn)定的自然山坡或已有的人工邊坡進(jìn)行土類(lèi)及其狀態(tài)的分析研究，通過(guò)工程地質(zhì)條件相對(duì)比，擬定出與路基邊坡條件相類(lèi)似的穩(wěn)定值的參考數(shù)據(jù)，作為確定路基邊坡值的依據(jù)。一般土質(zhì)邊坡的設(shè)計(jì)常用力學(xué)驗(yàn)算法進(jìn)行驗(yàn)算，用工程

2、地質(zhì)法進(jìn)行校核；巖石或碎石土類(lèi)邊坡則主要采用工程地質(zhì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。3力學(xué)驗(yàn)算法的基本假定滑動(dòng)土楔體是均質(zhì)各向同性、滑動(dòng)面通過(guò)坡腳、不考慮滑動(dòng)土體內(nèi)部的應(yīng)力分布及各土條(指條分法)之間相互作用力的影響。一、直線(xiàn)滑動(dòng)面法松散的砂類(lèi)土路基邊坡，滲水性強(qiáng)，粘性差，邊坡穩(wěn)定主要靠其內(nèi)摩擦力。失穩(wěn)土體的滑動(dòng)面近似直線(xiàn)狀態(tài)，故直線(xiàn)滑動(dòng)面法適用于砂類(lèi)土：如圖2-2-4所示，驗(yàn)算時(shí)，先通過(guò)坡腳或變坡點(diǎn)假設(shè)一直線(xiàn)滑動(dòng)面，將路提斜上方分割出下滑土楔體ABD，沿假設(shè)的滑動(dòng)面AD滑動(dòng)，其穩(wěn)定系數(shù)K按下式計(jì)算(按邊坡縱向單位長(zhǎng)度計(jì))：驗(yàn)算的邊坡是否穩(wěn)定，取決于最小穩(wěn)定系數(shù)Kmin的值。當(dāng)Kmin1.0時(shí)，邊坡處于極限平衡狀

3、態(tài)。由于計(jì)算的假定，計(jì)算參數(shù)(r，c)的取值都與實(shí)際情況存在一定的差異，為了保證邊坡有足夠的穩(wěn)定性，通常以最小穩(wěn)定系數(shù)Kmin1.25來(lái)判別邊坡的穩(wěn)定性。但Kmin過(guò)大，則設(shè)計(jì)偏于保守，在工程上不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)路堤填料為純凈的粗砂、中砂、礫石、碎石時(shí)，其粘聚力很小，可忽略不計(jì)，則式（2-2-3）變?yōu)椋菏?2-2-3)也適用于均質(zhì)砂類(lèi)土路塹邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算。二、圓弧滑動(dòng)面法用粘性土填筑的路堤，邊坡滑坍時(shí)的破裂面形狀為一曲面，為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常近似地假設(shè)為一圓弧狀滑動(dòng)面。分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)，按其各種不同的假設(shè)，有多種方法，但工程上普遍采用條分法(又稱(chēng)瑞典法)及具簡(jiǎn)化計(jì)算的表解法和圖解法。1條分法條分法是圓弧

4、滑動(dòng)面穩(wěn)定性計(jì)算方法中一種具有代表性的方法。該法力的概念明確，使用范圍較廣，基本原理是靜力平衡，計(jì)算時(shí)取邊坡的單位長(zhǎng)度。分條的目的，在于使計(jì)算結(jié)果較為精確。穩(wěn)定系數(shù)最小值Kmin，通過(guò)多道圓弧試算而得，計(jì)算工作量較大，分條不宜過(guò)多。條分法要求作圖準(zhǔn)確，盡量減少量取尺寸的誤差。(1)計(jì)算公式及其步驟1)如圖2-2-5所示，通過(guò)坡腳任意選定一個(gè)可能的圓弧滑動(dòng)面AB，其半徑為R。將滑動(dòng)土體分成若干個(gè)垂直土條，其寬度一般為24m，通常分810個(gè)土條，分條時(shí)，可結(jié)合橫斷面特征，如分在邊坡或地面變化點(diǎn)處，以便簡(jiǎn)化計(jì)算。式中：ai為第i條土體弧段中心點(diǎn)的半徑線(xiàn)與通過(guò)圓心的垂線(xiàn)之間的夾角。3） 以圓心o點(diǎn)為轉(zhuǎn)

5、動(dòng)圓心，半徑R為力臂，計(jì)算滑動(dòng)面上各力對(duì)O點(diǎn)的滑動(dòng)力矩，但應(yīng)注意在OY軸右側(cè)的Ti為正，是促使土楔體滑動(dòng)的力；而在OY軸左側(cè)的Ti方向相反，其值為負(fù)，是抵抗土楔體滑動(dòng)的力，其產(chǎn)生的力矩應(yīng)在滑動(dòng)力矩中扣除。因此，滑動(dòng)力矩為M滑(TiTi)R。計(jì)算土條重時(shí)，行車(chē)荷載換算的土柱應(yīng)計(jì)算在相應(yīng)的土條重Qi中。4)以O(shè)點(diǎn)為圓心，計(jì)算滑動(dòng)面上各力對(duì)O點(diǎn)的抗滑力矩，M抗滑(Nif+cLi)R。5)求穩(wěn)定系數(shù)K：當(dāng)路堤由不同填料分層填筑而成時(shí)，式(2-2-6)中的各土條重應(yīng)為該土條所包含的各土層中重力之和，而各土條c、值，應(yīng)取該土條的底部弧段所處土層的數(shù)據(jù)。6)再假定幾個(gè)可能的滑動(dòng)圓弧，按上述步驟分別計(jì)算相應(yīng)的

6、穩(wěn)定系數(shù)，在圓心輔助線(xiàn)上繪出穩(wěn)定系數(shù)對(duì)應(yīng)于圓心的關(guān)系曲線(xiàn)K=f(o)，在該曲線(xiàn)上找出最小的穩(wěn)定系數(shù)Kmin，與Kmin對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面就是最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。當(dāng)Kmin (1.251.5)認(rèn)為邊坡是穩(wěn)定的。對(duì)Kmin的具體要求可根據(jù)土的特性、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的可靠程度、公路等級(jí)與路段的重要性和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合考慮確定；當(dāng)尺Kmin1.25時(shí)，則應(yīng)放緩邊坡，再按上述方法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。各圓弧的圓心位置，可采用輔助線(xiàn)的方法確定。(2)確定圓心輔助線(xiàn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心在一條直線(xiàn)上，該直線(xiàn)稱(chēng)為圓心輔助線(xiàn)。確定圓心輔助線(xiàn)的方法有4.5H法和36°法。1)4.5H法(如圖2-2-6所示)4.5H法的步

7、驟如下： 由坡腳E向下引垂線(xiàn)并截取邊坡高度H得F點(diǎn)。 自F點(diǎn)向右引水平線(xiàn)并量取4.5H得M點(diǎn)。 連接坡腳E和坡頂S，求ES的斜度i01/m，根據(jù)i0由表2-2-2查得1、2的角值。自E點(diǎn)引與ES成1角的直線(xiàn)，又由S點(diǎn)引與水平線(xiàn)成2角的直線(xiàn)，兩直線(xiàn)交于l點(diǎn)。連接M與I，并向左上方延長(zhǎng)，即得輔助線(xiàn)。如土僅有粘結(jié)力，而=0，則最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧的圓心就是I點(diǎn)；如土除粘結(jié)力外還有摩擦力，則最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心將隨值的增加，而在輔助線(xiàn)上向外移動(dòng)。4.5H法較精確，求出的穩(wěn)定系數(shù)值較小，此法適用于驗(yàn)算重要建筑物的穩(wěn)定性。2)36°法如圖2-2-7所示由E點(diǎn)作與水平線(xiàn)成36°角的射線(xiàn)EF，即為

8、輔助線(xiàn)，此法是一種簡(jiǎn)化的方法。三、工程地質(zhì)法在地形復(fù)雜地區(qū)修筑路基，重要是正確合理地確定路塹橫斷面的邊坡形狀和坡度。路塹邊坡，主要與當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)、水文地質(zhì)、地面排水條件及邊坡高度、施工方法等因素有關(guān)，應(yīng)綜合分析論證確定。當(dāng)路線(xiàn)穿越礫石類(lèi)、巖石類(lèi)地區(qū)時(shí)，路塹邊坡破率主要運(yùn)用工程地質(zhì)法確定。3臺(tái)階形 當(dāng)邊坡由多層土組成且高度較大(超過(guò)1520m)時(shí)，可供邊坡中部或土層變化分界處，設(shè)置寬度不小于1.0m的平臺(tái)，使邊坡成為臺(tái)階形，設(shè)置平臺(tái)可以增加邊坡的穩(wěn)定性，減少坡面沖刷。表2-2-4為礫石類(lèi)土路塹邊坡資料?？晒┰O(shè)計(jì)時(shí)參考選用。巖石路塹邊坡坡度，應(yīng)根據(jù)巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖石的風(fēng)化破碎程度、邊坡高度、地下水及地面水等因素綜合分析確定。在一般情況下，邊坡坡度可參照表2-2-5確定。巖石路塹邊坡高度超過(guò)30m時(shí)