1、第四章路基稳定性分析计算 第一节概述1 一般情况下 无需进行稳定性设计 特殊条件下 如高度超过8米的土质边坡和高度超过12米的石质边坡 需进行稳定性分析与验算 2 土坡稳定性的分析方法 按失稳土体的滑动面特征 可归纳为直线 曲线和折线 岩石边坡的稳定性分析 主要取决于岩石的产状与结构 3 路基边坡稳定性的计算方法有 工程地质法 比拟法 力学分析法和图解法 路基边坡稳定力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力与抗滑力 取两者之比值为稳定系数K K1 稳定 工程上一般规定K取1 2 1 3 第四章路基稳定性分析计算 4 行车荷载是边坡稳定性分析的主要作用力之一 计算时将车载换算成相当于路
2、基岩土层厚度 计算公式见 4 1 行车荷载对较高路基边坡的稳定性影响较小 换算高度可近似分布于路基全宽上 采取近似方法时 也可以不计算行车荷载 第四章路基稳定性分析计算 第二节直线滑动面的边坡稳定性分析砂类土路基边坡渗水性强 粘性差 边坡稳定性主要靠其内摩擦力支承 失稳土体的滑动面近似直线形态 一 试算法按静力平衡公式有 滑动面位置不同 K值亦随之改变 边坡稳定与否的判断依据 应是稳定系数的最小值 相应的最危险滑动面的倾角 上式表明 K值是的函数 可选择4到5个滑动面 计算并绘制两者的关系曲线 即可确定最小的K 第四章路基稳定性分析计算 与的关系曲线 当其符合规定 路基稳定 否则要另行计算 二
3、 解析法对于上面的计算公式 求导数代替试算法 可以大大简化计算 计算公式 4 7 即可用来求路基边坡角的稳定系数最小值 亦可在其他条件固定时 反求稳定的坡角或计算路基的限制高度 见教材例4 1 4 2 4 3 第四章路基稳定性分析计算 第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析一般来说土均具有一定的粘结力 滑动面也多数是曲面 通常假定为圆弧滑动面 边坡稳定性的计算方法较多 比如有条分法 瑞典法 条分法的图解和表解法 解析法 如应力圆法 等 一 圆弧滑动面的条分法1 原理该方法的基本原理是静力平衡 假定土质均匀 不计滑动面以外的土体位移产生的作用力 计算时取单位长度 将滑动土体划分为若干土条 分别计算各土
4、条对于滑动圆心的滑动力矩和抗滑力矩 取两者力矩之比值为稳定系数 第四章路基稳定性分析计算 2 图式首先要确定圆心和半径 一般情况下 圆心的位置是在圆心辅助线EF的延长线上移动 E F的位置可用4 5H法确定 1 由A点作垂直线 取深度为H确定G点 由G点作水平线 取距离为4 5H确定E点 2 F点的位置由角度B1 以平均边坡线为准 和B2 以B 的水平线为准 角度B1和B2取决于路基的边坡率 见表 4 1 3 取4至5个点为圆心 分别求出K值 并绘制K值曲线 则可以解得K的最小值及相应的圆心点位置 3 计算式 第四章路基稳定性分析计算 计算公式见 4 8 二 条分法的表解和图解此方法不计行车荷
5、载 圆心位置用36度法确定 稳定系数增大 1 表解法将土条的高度 宽度及弧长统一换算成边坡高度的函数 见公式 4 9 式中A和B的值可由表4 2查得 见例4 42 图解法取K 1 0 式 4 9 改为 4 10 然后绘制图4 11 可以确定任意高度H时的边坡角 或指定边坡角确定H值 见例4 5 第四章路基稳定性分析计算 三 圆弧滑动面的解析法1 坡脚圆法高塑性土的内摩擦角很小 路基边坡稳定性验算时 取为0 若坡顶为水平面 圆弧滑动面通过坡脚 称之为坡脚圆 边坡稳定系数计算公式见 4 13 4 14 利用此两式 假定不同的坡脚参数 分别计算和绘制成关系曲线图 可简化计算 见例4 6 例4 82
6、中点圆法软基上的高塑性土路堤 坡顶为水平 而原地面成水平或向下倾斜 此时 最危险滑动面将移至坡脚以外 连同部分地基软弱土形成整体滑动 此类圆弧称为中点圆 第四章路基稳定性分析计算 计算公式见 4 16 4 17 为了便于计算 工程上引入了两个因数 确定最然险滑动面的位置 计算公式见 4 19 4 20 经过试算 可绘制成图4 17 进行图解 见例4 19中点圆和坡脚圆同属于内摩擦角为0的圆弧滑动面计算方法 实际应用中 首先必须判别图式类型 对高塑性填土 当坡脚 53度时为坡脚圆 坡脚60度时为坡面圆 第四章路基稳定性分析计算 第四节软土地基的路基稳定性分析软土是由天然含水率 压缩性高 承载能力
7、低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土 其抗剪强度低 填土后受压 可能产生侧向滑动或较大的沉降 从而导致路基的破坏 较薄时 原则上清除掉 软厚时 采取加固措施 一 临界高度的计算软土地基的临界高度是指天然地基状态下 不采取任何加固措施 所容许的路基最大填土高度 1 均质薄层软土地基临界高度计算公式见 4 21 例4 102 均质厚层软土地基临界高度计算公式见 4 22 第四章路基稳定性分析计算 二 路基稳定性的计算方法软土地基的稳定验算方法采用圆弧条分法 可分为总应力法 有效固结应力法 有效应力法等 1 总应力法计算公式为 4 23 2 有效固结应力法可求任一时间已知固结度的安全系数 计算公式
8、4 24 第四章路基稳定性分析计算 第五节浸水路堤的稳定性分析浸水路堤除承受自重和行车荷载作用外 还受到水浮力和渗透动水压力的作用 水的浮力取决于浸水深度 渗透动水压力则视水的落差而定 浸水路堤的边坡稳定性计算 通常亦假定滑动面为圆弧 最危险的滑动面通过坡脚 圆心位置的确定与条分法相似 稳定性计算方法有 假想摩擦角法 悬浮法和条分法 一 假想摩擦角法基本特点 适当改变填料的内摩擦角 利用非浸水时的常用方法 进行浸水时的路堤稳定性计算 根据库仑定理 计算得到同一滑动体浸水前后的重力之 第四章路基稳定性分析计算 比 实际上就相当于干与湿的重度之比 适当改变内摩擦角 代入有关圆弧滑动面的稳定性计算式
9、 即可求得稳定系数 此法适用于全浸水路堤 二 悬浮法基本特点 假想用水的浮力作用间接抵消动水压力对边坡的影响 即在计算抗滑力矩中 用降低后的内摩擦角反映浮力的影响 而在计算滑动力矩中 不考虑浮力作用 滑动力矩没有减小 用以抵偿动水压力的不利影响 计算公式见 4 25 三 条分法该方法的基本原理和计算步骤 与非浸水时的条分法相同 但土条分成浸水与干燥两部分 并直接计入浸水后 第四章路基稳定性分析计算 的浮力和动水压力作用 此法比前述两种方法更精确 计算公式为 4 26 见例4 11 4 12 4 13 第四章路基稳定性分析计算 第六节路基边坡抗震稳定性分析一 震害与震力 公路工程抗震设计规范 要求 对于地震烈度为8度或以上的地区 路基设计应符合防震的要求 其中包括软基加固 限制填挖高度 提高路基压实度 放缓边坡坡度等 地震时 对于路基边坡 水平加速度产生水平力危险性最大 实践证明 路基边坡稳定性分析中 实际采用的地震水平力为式 4 29 二 边坡抗震稳定性的计算1 数解法首先按非地震地区的路基边坡稳定性分析方法 确定最 第四章路基稳定性分析计算 危险的滑动面 然后再考虑地震的作用力 计算公式 4 30 例4 14 2 图解法用力三角形的图解法 求各土条的法向力和切向力 具体方法与非地震区的路基稳定性计算基本相同 但考虑到地震角的影响 土条重力偏移方向 进行力的合成
