圓弧滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法

1、關(guān)于圓弧滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法第1頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第一節(jié) 概述 1. 穩(wěn)定性分析對(duì)象（1）不需要穩(wěn)定性分析：邊坡不高的路基（例如不超過(guò)8.0m的土質(zhì)邊坡、不超過(guò)12.0m的石質(zhì)邊坡），可按般路基設(shè)計(jì)，采用規(guī)定的坡度值即可。（2）需要進(jìn)行穩(wěn)定性分析：地質(zhì)與水文條件復(fù)雜、高填深挖或特殊需要的路基。2. 土坡穩(wěn)定性分析方法 按失穩(wěn)土體的滑動(dòng)面特征:（1）直線；（2）曲線；（3）折線第2頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四3. 巖石路塹邊坡穩(wěn)定性分析過(guò)程（1）首先進(jìn)行定性分析；（2）確定失穩(wěn)巖體的范圍和軟弱面（滑動(dòng)面）；（3）進(jìn)行定量力學(xué)計(jì)

2、算。4. 路基邊坡穩(wěn)定性分析方法（1）工程地質(zhì)法（比擬法）：實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的對(duì)比（2）力學(xué)分析法：數(shù)解（運(yùn)用力學(xué)方程、數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算）（3）圖解法：查圖、查表5. 路基邊坡穩(wěn)定性力學(xué)計(jì)算的基本方法第3頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四6. 行車(chē)荷載作用當(dāng)量路基巖土層厚度的換算 計(jì)算荷載換算示意圖 第4頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第二節(jié) 直線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析 直線滑動(dòng)面示意圖a）高路堤；b）深路塹；c）陡坡路堤 第5頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四1. 試算法 直線滑動(dòng)面上的力系示意圖 第6頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月

3、20日，5點(diǎn)18分，星期四穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式：對(duì)于砂類(lèi)土，可取c0，則穩(wěn)定系數(shù) ：第7頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四K與滑動(dòng)面傾角w的關(guān)系曲線示意圖 第8頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2. 解析法 直線滑動(dòng)面的計(jì)算圖式 第9頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式：其中 第10頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第三節(jié) 曲線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析 圓弧滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法：（1）條分法（瑞典法）（2）表解和圖解法（3）應(yīng)力圓法（4）圓法第11頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分

4、，星期四1. 圓弧滑動(dòng)面的條分法（條分法是具有代表性的方法）（1）原理：靜力平衡 （2）圖式（確定圓心位置）（a）4.5H線法；（b）36線法 第12頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四4.5H線法確定圓心位置圖式1K值曲線；2圓心輔助線；3最危險(xiǎn)滑動(dòng)面 第13頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第14頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四36線法確定圓心位置圖式 第15頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（3）計(jì)算式 條分法計(jì)算圖式 第16頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四穩(wěn)定系數(shù)K計(jì)算公式：

5、當(dāng)路基分層填筑，參數(shù)相差較大時(shí)，可取加權(quán)平均值。設(shè)土層厚度為hi，則： 第17頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2. 條分法的表解和圖解 （1）表解法（a）計(jì)算圖式（b）穩(wěn)定系數(shù)K計(jì)算公式： 表解法計(jì)算圖式 第18頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（c）根據(jù)邊坡率m查表獲取參數(shù)A和B，計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)K： （d）表解法為近似解，K值要求應(yīng)略為提高（到底提高多少，具體問(wèn)題具體分析，例如Kmin1.5）。第19頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（2）圖解法（a）在極限平衡條件下（K1.0），計(jì)算 （b）查圖 （c）查圖確定任意高度H的邊

6、坡角，或指定值時(shí)，確定H值；（d）轉(zhuǎn)換到所需求穩(wěn)定系數(shù)K值下的邊坡角或高度H： 第20頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四3. 圓弧滑動(dòng)面的解析法（1）坡腳圓法 坡腳圓（0）計(jì)算圖式 第21頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四滑動(dòng)土體ABDF對(duì)圓心O的滑動(dòng)力矩為： 其中： 第22頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四抗滑力矩My為：按極限平衡條件（MyM0），邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為： 第23頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四欲使K值最小，函數(shù)f（0，a，w）應(yīng)最大。以0與w為自變量，f（0，a，w）分別對(duì)0和w進(jìn)行求偏導(dǎo)

7、，可得： 第24頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四利用上面兩式，假定不同的坡腳參數(shù)0或w，分別計(jì)算和繪制關(guān)系曲線圖，見(jiàn)下圖： 坡腳圓的a，0，w關(guān)系圖 第25頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（2）中點(diǎn)圓法 中點(diǎn)圓計(jì)算圖式 第26頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四總滑動(dòng)力矩M0由五部分組成：這五部分相加、合并后為： 第27頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四抗滑總力矩My為： 邊坡穩(wěn)定系數(shù)K值為： 第28頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四以w和0為自變量，分別對(duì)w和0求偏導(dǎo)，Kmin值對(duì)

8、應(yīng)的最危險(xiǎn)圓弧則對(duì)應(yīng)最大w和0，可得w0，20tan0，即06647，由此可得： 為便于工程應(yīng)用，引入?yún)?shù)和，其計(jì)算公式分別為： 第29頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四由下圖可查得和值，然后計(jì)算w和0，可得f（0，a，w），即可得到邊坡穩(wěn)定系數(shù)K值。 坡角a與因數(shù)和關(guān)系曲線圖 第30頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四對(duì)高塑性填土邊坡(0)，a53時(shí)為坡腳圓，a60時(shí)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面在坡腳地面線以上，此種滑動(dòng)面圓弧稱(chēng)為坡面圓。 a與H/c及關(guān)系圖（0） 第31頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第四節(jié) 軟土地基的路基穩(wěn)定性分析 軟土

9、的定義： 由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質(zhì)所組成的土，主要有淤泥、淤泥質(zhì)土和泥炭。軟土分類(lèi)（按沉積環(huán)境）： 河海沉積、湖泊沉積、江灘沉積和沼澤沉積。軟土力學(xué)性質(zhì)： 抗剪強(qiáng)度低，填土后受壓可能產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)或較大的沉降，從而導(dǎo)致路基的破壞。軟土地基處理方法： 薄層軟土：清除換土；厚層軟土：填土高度超過(guò)軟土容許的填筑臨界高度，換土量大，應(yīng)采取加固措施。 第32頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四1. 臨界高度的計(jì)算 臨界高度：天然地基狀態(tài)下，不采取任何加固措施，所容許的路基最大填土高度。（1）均質(zhì)薄層軟土地基 此時(shí)圓弧滑動(dòng)面與軟土層底面相切，則 第33

10、頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（2）均質(zhì)厚層軟土地基由于d值很大，值向無(wú)窮大數(shù)值接近，故取Nw5.52，所以，而填土容重一般為17.519.5kN/m3，所以 實(shí)際工程中可近似取Hc0.3c。（3）對(duì)于非均質(zhì)軟土地基的填土臨界高度，涉及因素較多，實(shí)際計(jì)算時(shí)可直接根據(jù)穩(wěn)定性分析結(jié)果而定。 第34頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2. 路基穩(wěn)定性的計(jì)算方法（1）總應(yīng)力法 軟土地基穩(wěn)定性計(jì)算模式 第35頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四穩(wěn)定系數(shù)K值為：總應(yīng)力法計(jì)算的K值主要是為快速施工瞬時(shí)加載情況下提供的安全系數(shù)，而未考慮在路堤荷

11、載作用下，土層固結(jié)所導(dǎo)致的土層總強(qiáng)度的增長(zhǎng)。 第36頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（2）有效固結(jié)應(yīng)力法 有效固結(jié)應(yīng)力法可以求固結(jié)過(guò)程中任意時(shí)刻已知固結(jié)度的安全系數(shù)，但它本身不計(jì)算固結(jié)度，只是把固結(jié)度作為已知條件。穩(wěn)定系數(shù)K值為：值得注意的是，當(dāng)固結(jié)度較小時(shí)，用有效固結(jié)應(yīng)力法計(jì)算的安全系數(shù)不一定比用快剪指標(biāo)的總應(yīng)力法計(jì)算的安全系數(shù)大。 第37頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第五節(jié) 浸水路堤的穩(wěn)定性分析 浸水路堤的受力狀況： 自重 行車(chē)荷載 水的浮力（取決于浸水深度） 滲透動(dòng)水壓力（取決于水的落差或坡降） 第38頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日

12、，5點(diǎn)18分，星期四雙側(cè)滲水路堤水位變化示意圖 單側(cè)浸水路堤水位變化示意圖 第39頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四砂性土路堤：透水性強(qiáng)，動(dòng)水壓力較?。徽承酝谅返蹋簤簩?shí)后密實(shí)，透水性差，動(dòng)水壓力不大。土質(zhì)路堤：如亞砂土或亞粘土等，穩(wěn)定性較差；第40頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四1. 假想摩擦角法適當(dāng)改變填料的內(nèi)摩擦角，利用非浸水時(shí)的常用方法，進(jìn)行浸水時(shí)的路堤穩(wěn)定性計(jì)算。此法適用于全浸水路堤，是一種簡(jiǎn)易方法，可供粗略估算參考。 第41頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2. 懸浮法假想用水的浮力作用，間接抵消動(dòng)水壓力對(duì)邊坡的影響

13、，即在計(jì)算抗滑力矩中，用降低后的內(nèi)摩擦角反應(yīng)浮力的影響（抗滑力矩相應(yīng)減少），而在計(jì)算滑動(dòng)力矩中，不考慮因浮力作用，滑動(dòng)力矩沒(méi)有減少，用以抵償動(dòng)水壓力的不利影響。 穩(wěn)定系數(shù)K值為： 此法亦較粗略，適用于方案比較時(shí)估算參考。 第42頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四懸浮法計(jì)算圖式1滑動(dòng)面；2降水曲線 第43頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四3. 條分法與非浸水時(shí)的條分法相同，但土條分成浸水與干燥兩部分，并直接計(jì)入浸水后的浮力和動(dòng)水壓力作用。這樣顯然比上述兩法更符合實(shí)際條件，當(dāng)需要比較精確計(jì)算時(shí)，可采用此法。 邊坡穩(wěn)定系數(shù)K值為： 第44頁(yè)，共52頁(yè)，20

14、22年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四浸水土條示意圖1未浸水部分；2浸水部分；3降水線 第45頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第六節(jié) 路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析 1. 震害與震力（1）決定路基邊坡遭受震害影響輕重程度的因素：（a）地震烈度；（b）巖土的穩(wěn)定情況，包括巖土的結(jié)構(gòu)與組成；（c）路基的形式與強(qiáng)度，包括路基高度、邊坡坡度及土基壓實(shí)程度等。第46頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（2）公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 00489)規(guī)定，對(duì)于地震烈度為8度或8度以上的地區(qū)，路基設(shè)計(jì)應(yīng)符合防震的要求，其中包括軟弱地基加固、限制填挖高度、提高路基壓實(shí)度，以及放緩邊坡坡度等。（3）定義震級(jí)：衡量地震自身強(qiáng)度大小的等級(jí)，一般分為8級(jí)。地震烈度：地表面遭受地震影響的強(qiáng)弱程度。我國(guó)分為12度。 一次地震僅有一個(gè)震級(jí)，但有幾個(gè)烈度。 第47頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四（4）地震引起的水平力 P地震角示意圖 地震水平力P為： 第48頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2. 邊坡抗震穩(wěn)定性的計(jì)算（1）數(shù)解法按照非地震地區(qū)的路基邊坡穩(wěn)定性分析方法，確定最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面（直線或圓弧等），然后再考慮地震的作用力。 根據(jù)作用力及靜力平衡原理，可得穩(wěn)定系數(shù)K值為： 第49頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5