路基邊坡穩(wěn)定性分析計算方法58

路基邊坡穩(wěn)定性分析計算方法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科主要內容第一節(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SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科第一節(jié)概述寧淮高速公路SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科寧杭高速公路（浙江段）SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科1、邊坡種類：天然邊坡、人工邊坡。邊坡：具有傾斜坡面的巖土體。

土坡：具有傾斜坡面的土體。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科天然邊坡：江、河、湖、海岸坡

山、嶺、丘、崗、天然坡SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科人工邊坡：挖方：溝、渠、坑、池

填方：堤、壩、路基、堆料露天礦小浪底土石壩SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科2、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一部分土體滑動的現(xiàn)象稱滑坡。土坡滑坡前征兆：坡頂下沉并出現(xiàn)裂縫，坡腳隆起。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路與鐵道工程國家重點學科-內部原因（1）土質：各種土質的抗剪強度、抗水能力是不一樣的，如鈣質或石膏質膠結的土、濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強度降低很多。（2）土層結構：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當下伏土層(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、路基穩(wěn)定性分析的原因：SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科-外部原因（1）降水或或地下水的作作用：持續(xù)的降雨或或地下水滲入入土層中，使使土中含水量量增高，土中中易溶鹽溶解解，土質變軟軟，強度降低低；還可使土土的重度增加加，以及孔隙隙水壓力的產產生，使土體體作用有動、、靜水壓力，，促使土體失失穩(wěn)，故設計計斜坡應針對對這些原因，，采用相應的的排水措施。。（2））振動動的作作用：：如地震震的反反復作作用下下，砂砂土極極易發(fā)發(fā)生液液化；；粘性性土，，振動動時易易使土土的結結構破破壞，，從而而降低低土的的抗剪剪強度度；車車輛運運動、、施工工打樁樁或爆爆破，，由于于振動動也可可使鄰鄰近土土坡變變形或或失穩(wěn)穩(wěn)等。。（3））人為為影響響：由于人人類不不合理理地開開挖，，特別別是開開挖坡坡腳；；或開開挖基基坑、、溝渠渠、道道路邊邊坡時時將棄棄土堆堆在坡坡頂附附近；；在斜斜坡上上建房房或堆堆放重重物時時，都都可引引起斜斜坡變變形破破壞。。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大大學道道路與與鐵道道工程程國家家重點點學科科根本原原因:邊坡中中土體體內部部某個個面上上的剪剪應力力達到到了它它的抗抗剪強強度。。具體體原原因因：（1）滑滑面面上上的的剪剪應應力力增增加加；；（2）滑滑面面上上的的抗抗剪剪強強度度減減小小。。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南南大大學學道道路路與與鐵鐵道道工工程程國國家家重重點點學學科科土的計算算參數(shù)γ、φ、с（可分層層劃段，，使參數(shù)數(shù)一致，，一般采用直接接快剪或或三軸不不排水剪剪切試驗驗；高路堤時宜采用用直接固固結快剪剪或三軸固結結不排水水剪切試試驗；軟土地基基宜采用直直接固結結快剪或或三軸不固固結不排排水剪切切試驗）邊坡的取取值可取綜合合坡度值值，也可可用坡頂頂與坡腳腳連線近近似表達達汽車荷載載的當量量換算L=12.8m；Q=550kN；；雙車道道N=2，單車車道N=1；B=Nb+(N-1)m+d,b=1.8m,m=1.3m,d=0.6m。4、邊坡穩(wěn)穩(wěn)定性分分析的計計算參數(shù)數(shù)SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科5、假定定1）基本本假定①不考慮慮滑動土土體本身身內應力力分布；；②認為平平衡狀態(tài)態(tài)只在滑滑動面上上達到，，滑動時時成整體體下滑；；③最危險險的破裂裂面位置置通過試試算確定定。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科②均質粘性土：光滑曲面

（圓柱面/圓弧）

③非均質的多層土或含軟弱夾層的土坡:復合滑動面2）滑動面面的形狀狀①無粘性土:平面SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科直線曲線折線工程地質質法（比比擬法））力學分析析法圖解法6、土坡穩(wěn)穩(wěn)定性分分析方法法1）按失穩(wěn)穩(wěn)土體的的滑動面面特征劃劃分：2）穩(wěn)定性分析析計算方法：：SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科直線法適用于于砂土和砂性性土（兩者合合稱砂類土）），土的抗力力以內摩擦力力為主，粘聚聚力甚小。邊邊坡破壞時，，破裂面近似似平面。直線滑動面示意圖a)高路堤b)深路塹c)陡坡路堤BDA1:ma)1:nABDb)ADc)1、適用范圍第二節(jié)直線線滑動面的邊邊坡穩(wěn)定性分分析SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科2、試算法式中：ω——滑動面的傾角角；f——摩擦系數(shù)，f=tanφ；L——滑動面的長度度；N——滑動面的法向向分力；T——滑動面的切向向分力；c——滑動面上的粘粘結力；Q——滑動體的重力力。BDAHRQNT1:mαωω直線滑動面上上的力系示意意圖方法：假定ω，計算K與ω的關系。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科3、解析法邊坡穩(wěn)定系數(shù)數(shù)最小值：BDATNQHαωω式中：SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科土的粘力使邊邊坡滑動面多多呈現(xiàn)曲面，，通常假定為為圓弧滑動面面。圓弧法適用于于粘土，土的的抗力以粘聚聚力為主，內內摩擦力較小小。邊坡破壞壞時，破裂面面近似圓柱形形。第三節(jié)曲線線滑動面的邊邊坡穩(wěn)定性分分析1、適用范圍SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科2、分析方法法瑞典法（WolmarFellenius法）簡化的Bishop法傳遞系數(shù)法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科NfWROBd假定滑動面為為圓柱面，截截面為圓弧，，利用土體極極限平衡條件件下的受力情情況：滑動面上的最最大抗滑力矩矩與滑動力矩矩之比飽和粘土，不不排水剪條件件下，u＝0，τf＝cuCA3、圓弧滑動面面的分析法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科①假設圓弧滑動動面確定圓心心和半徑②把滑動土體分分成若干條（（條分法）③建立土條的靜靜力平衡方程程求解(取單位厚度計計算）OrWiHiViHi+1Vi+14、圓弧滑動面面的條分法-1）瑞典圓弧滑滑動法假設SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科假設（靜定化化條件）各土土條間的合力力Si，Si+1平行于滑動面面，并且相等（Si=Si+1)。WiHiViHi+1Vi+1SiSi+1建立土條垂直于滑動面面的靜力平衡方方程得-2）瑞典圓弧滑滑動法平衡公公式SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科粘性土土坡滑滑動前，坡頂頂常常出現(xiàn)豎豎向裂縫CRdBAWfONA

z0深度近似采用土壓力臨界深度

裂縫的出現(xiàn)將將使滑弧長度度由AC減小到AC，如果裂縫中中積水，還要要考慮靜水壓壓力對土坡穩(wěn)穩(wěn)定的不利影影響。Fs是任意假定某某個滑動面的的抗滑安全系系數(shù)，實際要要求的是與最最危險滑動面面相對應的最最小安全系數(shù)數(shù)假定若干滑動面

最小安全系數(shù)

3）瑞典圓弧滑滑動法原理-頂面有開裂SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科1）圓心確定定計算之前需要要先用圓心輔輔助線法確定定滑動圓弧的的圓心位置。。--4.5H法5、瑞典圓弧滑滑動條分法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科2）其他輔助助方法-36°線法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科3）β1和β2的確定SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道道路與鐵道道工程國家家重點學科科β1β2ROβBA對均質粘性性土土坡，，其最危險險滑動面通通過坡腳=0輔助點O由β1，β2確定OBβ1β2βAHE2H4.5HFs>0圓心位置在EO的延長線上

-4）最危險滑動動面圓心的的確定SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道道路與鐵道道工程國家家重點學科科①當土的內內摩擦角=0時，，最危險圓圓弧滑動面面為一一通通過過坡坡腳腳的的圓圓弧弧，，其其圓圓心心為為D點點。。②當當土土的的內摩摩擦擦角角時時，，最危危險險圓圓弧弧滑滑動動面面也為為一一通通過過坡坡腳腳的的圓圓弧弧，，其圓圓心心在在ED的的延延長長線線上上。。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南南大大學學道道路路與與鐵鐵道道工工程程國國家家重重點點學學科科abcdiβiOCRABH各土條對滑弧圓心的抗滑力矩和滑動力矩

滑動動土土體體分分為為若若干干垂垂直直土土條條土坡穩(wěn)定安全系數(shù)

-5）條條分分法法基基本本思思路路SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南南大大學學道道路路與與鐵鐵道道工工程程國國家家重重點點學學科科滑動力矩

抗滑滑力力矩矩SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南南大大學學道道路路與與鐵鐵道道工工程程國國家家重重點點學學科科由于于式中中：：Ni———各土土條條的的法法向向應應力力；；Ti——各土條的切向向應力；i——各土條重心與與圓心連接線線對豎軸y的夾角；L——滑動面圓弧全全長；0——圓心角。6）瑞典圓弧滑動動條分法總示示意圖對于外形復雜雜、>0的粘性土土坡坡，土體分層層情況時，要要確定滑動土土體的重量及及其重心位置置比較困難，，而且抗剪強強度的分布不不同，一般采采用條分法分分析SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科7）條分法分析析步驟IabcdiβiOCRABH①按比例繪出土坡剖面面②任選一圓心O，確定滑動面面，將滑動面面以上土體分分成幾個等寬寬或不等寬土土條③每個土條的受受力分析cdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTiWi靜力平衡假設兩組合力力(Pi，Xi)＝(Pi＋1，Xi＋1)SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科④滑動面的總滑滑動力矩⑤滑動面的總抗抗滑力矩⑥確定安全系數(shù)數(shù)abcdiβiOCRABHcdbaliXiPiXi+1Pi+1NiTi條分法是一種試算法，應選取不同圓心位置和不同半徑進行計算，求最小的安全系數(shù)

WiSchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科條分法計算步驟圓心O，半徑R分條編號列表計算Wibii變化圓心O和半徑RFs最小ENDAORCaibBn

i

321SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科1）表解法和和圖表法主要是對條分分法進行簡化化后的粗略估估算使用表解法見4-9和圖解法法4-10式式2）解析法針對高塑性土土，具體分為為坡腳圓法和和中點圓法坡坡腳腳圓法見4-14和中點點圓法見4-17式6、圓弧滑動面面的圖表法及及解析法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科7、存在問題1）簡便法在力力學上的矛盾盾（計算假定定引起）si-1sisisi+12）相臨土條的的si不相等SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科8、簡化的Bishop法（1955）①建立土條側面力平衡方方程，土條i：△Hi＝Hi＋1－Hi因SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科忽略成對條間力產產生的力矩②按滑動體整體體力矩平衡：：一般式簡化式通常迭代3~4次就可滿足精精度要求③迭代法求Ks假定Ks＝1.0計算mθiKs′Ks′是否Ks′=KsSchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科④幾種穩(wěn)定性驗驗算方法的比比較SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學道路路與鐵道工程程國家重點學學科9、公路路基基設計規(guī)范驗驗算方法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大大學道道路與與鐵道道工程程國家家重點點學科科SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科10、不不平衡推推力法SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科不平衡推推力法假假定各土土條間推推力Pi（即水平平力Ei和豎向力力Vi的合力））的作用用方向平平行于上上側土條條滑動面面的傾角角。由土條滑滑動面上上切向力力平衡條條件得到到Ei=Wisin?αi+Ei-1cos(αi-1-αi)-Ti因代代入得：：Ei=Wisinαi+Ei-1cos(αi-1-αi)-再由土條條滑動面面上法向向力平衡衡條件得得到Ni=Wisinαi+Ei-1sin(αi-1-αi)代入得：：SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China東南大學學道路與與鐵道工工程國家家重點學學科公路路基基設計規(guī)規(guī)范要求求路堤穩(wěn)定定安全系系數(shù)要求求5簡布布條分法法（非圓圓弧普遍遍條分法法）基本假定適用于任意意形狀的滑滑裂面；假定條塊間間水平作用用力的位置置；假定邊坡穩(wěn)穩(wěn)定為平面面應變問題題；假定整個滑滑裂面上的的穩(wěn)定安全全系數(shù)是一一樣的；假定土條上上所有垂直直荷載的合合力作用線線和滑裂面面的交點與與Ni的作用點為為同一點；；假定已知推推力線的位位置，即簡簡單的假定定土條側面面推力呈直直線分布，，如果坡面面有超載，，側面推力力成梯形分分布，推力力線應通過過梯形的形形心；如果果無超載，，推力線應應選擇在土土條下三分分點附近。。比較較畢畢肖肖甫甫公公式式和和簡簡布布公公式式,兩兩者者很很相相似似，，但但分分母母有有差差別別，，畢畢肖肖甫甫公公式式是是根根據據滑滑動動面面為為圓圓弧弧面面，，滑滑動動土土體體滿滿足足整整體體力力矩矩平平衡衡條條件件推推導導出出的的。。簡簡布布公公式式則則是是利利用用力力的的多多邊邊形形閉閉合合和和極極限限平平衡衡條條件件，，最最后后從從Pn＝＝o得得出出。。顯顯然然這這些些條條件件適適用用于于任任何何形形式式的的滑滑動動面面而而不不僅僅限限于于圓圓弧弧面面，，在在式式ΔHi（ΔXi）仍然是是待定定的未未知量量。畢畢肖甫甫沒有有解出出ΔHi，而讓讓ΔHi＝o成成為簡簡化畢畢肖甫甫公式式。而而簡布布則利利用條條塊的的力矩矩平衡衡條件件，因因而整整個滑滑動土土體的的整體體力矩矩平衡衡