第四章路基穩(wěn)定性分析2

第四章路基穩(wěn)定性分析計(jì)算第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析公路工程線長(zhǎng)面廣，沿線地質(zhì)、水文條件復(fù)雜多變，受多種因素制約，線路不可避免要穿越軟土區(qū)；軟土特點(diǎn)是細(xì)粒土組成的空隙比大（e1）、天然含水量高（w>wL,大于30～50%）、壓縮性高（a1-2>0.5Mpa-1）、強(qiáng)度低（Cu<30Kpa）和具有靈敏結(jié)構(gòu)性的土層。

軟土分類(lèi)：

河海沉積

湖泊沉積

江灘沉積沼澤沉積◆軟土分布：沿海地區(qū)、內(nèi)陸湖泊和河流谷地分布著大量淤泥、淤泥質(zhì)粘土等軟土。軟土地段高填方路基第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析主要病害在軟土地基上修建高速公路會(huì)遇到

路基不穩(wěn)定

沉降過(guò)大及

不均勻沉降等問(wèn)題且工程性質(zhì)惡劣，尤其在振動(dòng)荷載的作用下，易產(chǎn)生側(cè)向滑移及蠕變，對(duì)路基、構(gòu)筑物的影響較大。

第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析主要措施:

薄層軟土—原則上清除換土

厚層軟土----

穩(wěn)定分析,達(dá)到要求;加固措施;采用其他結(jié)構(gòu)物-修筑橋梁

臨界高度指天然路基狀態(tài)下，不采取任何加固措施，所容許的路基最大填土高度。計(jì)算公式◆1、臨界高度的計(jì)算1）均質(zhì)薄層軟土地基2）均質(zhì)厚層軟土路基式中：

Hc——容許填土的臨界高度；

c——軟土的快剪粘結(jié)力；

γ——填土的容重；

Nw——穩(wěn)定因數(shù)，其值與路堤坡角及深度因素γ=（d+H）/H有關(guān)。如后圖第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析臨界高度的計(jì)算γ=(d+H)/H第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析規(guī)范規(guī)定：1）總應(yīng)力法-地基抗剪強(qiáng)度采用總強(qiáng)度(天然十字板快剪強(qiáng)度)，

或采用直剪快剪指標(biāo)。表征穩(wěn)定性的安全系數(shù)為：◆2、路基穩(wěn)定性的計(jì)算方法式中：i,j——路堤填料內(nèi)的分條編號(hào)；PT——各土條在滑弧切線方向的

下滑力的總和；Si——路基土內(nèi)（AB弧）的抗剪力；Sj

——路基土內(nèi)（BC弧）的抗剪力。第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析Pj第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析2）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)，但本身不計(jì)算固結(jié)度，只是將其作為已知條件。安全系數(shù)為：浸水路堤浸水路堤是指受到季節(jié)性或長(zhǎng)期浸水的沿河路堤、河灘路堤等。浸水路堤的水的浸潤(rùn)曲線

由于土體內(nèi)滲水速度遠(yuǎn)慢于河水，因此，當(dāng)?shù)掏馑簧邥r(shí)，堤內(nèi)水位的比降曲線（即浸潤(rùn)線）成凹形，當(dāng)?shù)掏馑幌陆禃r(shí)，堤內(nèi)水位的比降曲線成凸形?！?、浸水路堤及水的浸潤(rùn)曲線漲潮落潮水流曲線雙側(cè)滲水路堤水位變化示意圖單側(cè)滲水路堤水位變化示意圖第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析

水位急速上升時(shí)，浸水路堤的浸潤(rùn)曲線下凹，土體除承受豎向的向上浮力外，還承受滲透動(dòng)水壓力的作用，作用方向指向土體內(nèi)部，有利于土體穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的滲透，土體內(nèi)水位趨于平衡，不再存在滲透動(dòng)水壓力。

水位驟然下降時(shí)，浸水路堤的浸潤(rùn)曲線上凸，滲透動(dòng)水壓力的作用方向指向土體外，這將劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性，并可能產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡，不利于土體穩(wěn)定，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的滲透，土體內(nèi)水位也會(huì)趨于平衡，不再存在滲透動(dòng)水壓力。浸水路堤邊坡穩(wěn)定的最不利情況一般發(fā)生在最高洪水水位驟然降落的時(shí)候，此時(shí)滲透動(dòng)水壓力指向路基體外。◆2、滲透動(dòng)水壓力對(duì)浸水路堤的作用第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析1）浸水路堤的受力:自重、行車(chē)荷載、浮力滲透動(dòng)水壓力。

2）浸水路堤的不利時(shí)刻：漲水？、落水？3）土的滲透性：由于土中含有空隙，在水位變化過(guò)程中伴有土中含水量的變化。

對(duì)砂性土－滲透性好，動(dòng)水壓力較??；

對(duì)黏性土－滲透性不好，動(dòng)水壓力也不大；

對(duì)亞砂土、亞黏土－具有一定的滲透性，動(dòng)水壓力較大，邊坡容易失穩(wěn)?！?、滲透動(dòng)水壓力對(duì)浸水路堤的作用第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析4）動(dòng)水壓力的計(jì)算

D＝IB0

D——作用于浸潤(rùn)線以下土體重心的滲透動(dòng)水壓力，kN/m；

I——滲流水力坡降（取用浸潤(rùn)曲線的平均坡降）；

ΩB——浸潤(rùn)曲線與滑動(dòng)弧之間的面積，m2；

0——水的容重，kN/m34、滲水路堤的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法基本點(diǎn)：

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。（只適用于全浸水路堤）1）假想摩擦角法第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析基本假定：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，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，而在計(jì)算滑動(dòng)力矩中，不考慮浮力作用，滑動(dòng)力矩沒(méi)有減小，用以抵償動(dòng)水壓力的不利影響。2）懸浮法扣除浮力懸浮法計(jì)算圖式：1-滑動(dòng)面；2-降水曲面3）條分法非浸水路堤的條分法基本相同。干燥浸水兩部分

浸水路堤的邊坡穩(wěn)定系數(shù)：第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析第五節(jié)浸水路堤的穩(wěn)定性分析4、措施通過(guò)調(diào)查,充分預(yù)估－浪高、洪水位；放緩邊坡；設(shè)置護(hù)坡道；設(shè)置導(dǎo)流結(jié)構(gòu)物。地震的危害

軟弱地基沉陷；

液化；

擋土墻等結(jié)構(gòu)物破壞；

邊坡路基失穩(wěn)等要求：對(duì)地震烈度大于等于8的地區(qū)進(jìn)行地震驗(yàn)算。第六節(jié)路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析第六節(jié)路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析1、地震力

地面產(chǎn)生地震波加速度形成的力；第六節(jié)路基邊坡抗震穩(wěn)定性分析2、邊坡抗震穩(wěn)定性的計(jì)算方法：

數(shù)解法

圖解法3、數(shù)解法-按照非地震地區(qū)的路基邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算方法確定最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面，然后再考慮地震力的作用。復(fù)習(xí)思考題：1、路基穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中所用各種近似方法的基本假定？2、分別指出路塹與路堤邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)所需土的實(shí)驗(yàn)資料有哪些？3、行車(chē)荷載是怎樣計(jì)入路基邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的？4、路基邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算的目的何在？5、指出非浸水路堤邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，圓弧滑動(dòng)面條分法計(jì)算中抵抗力矩與滑動(dòng)力矩的各組成部分。在什么情況下小條塊沿滑動(dòng)面的切向分力也起抗滑作用？6、簡(jiǎn)述圓弧法驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性時(shí)，確定滑弧圓心軌跡的輔助線的基本方法？復(fù)習(xí)思考題：7、已知某土質(zhì)邊坡的破裂面及其對(duì)應(yīng)的K值，現(xiàn)問(wèn)如何確定最危險(xiǎn)破裂圓弧？如何評(píng)價(jià)該路基斷面邊坡的穩(wěn)定性？8、何為陡坡路堤？如何進(jìn)行陡坡路堤的穩(wěn)定性分析計(jì)算？9、繪簡(jiǎn)圖表示河灘浸水路堤內(nèi)滲透浸潤(rùn)曲線的兩種形式（兩側(cè)堤外水位相等）及其成因，并分別標(biāo)出兩種情況下的滲透動(dòng)水壓力的方向及其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。10、如何確定河灘浸水路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)的最不利條件？為什么？11、浸水路堤的穩(wěn)定性驗(yàn)算與一般路堤有何不同？12、為什么粘土填筑的路堤，其邊坡穩(wěn)定性分析方法與一般路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法相同？復(fù)習(xí)思考題13：用瑞典條分法針對(duì)P91的例4-11進(jìn)行不考慮浸水的穩(wěn)定性分析計(jì)算!

（提交書(shū)面作業(yè)）綜合計(jì)算任務(wù)復(fù)習(xí)思考題14：用簡(jiǎn)化Bishop條分法針對(duì)P91的例4-11進(jìn)行不考慮浸水和考慮浸水的穩(wěn)定性分析計(jì)算!

（提交書(shū)面作業(yè)）綜合計(jì)算任務(wù)◆1、陡坡路堤及其穩(wěn)定性1）陡坡路堤

陡坡路堤是指修筑在陡坡（地面橫坡大于1:2）上及不穩(wěn)固山坡上的路堤

2）陡坡路堤的穩(wěn)定性問(wèn)題：

路堤有沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的可能性，涉及穩(wěn)定問(wèn)題，有以下幾種可能情況：

①基底接觸面較陡或強(qiáng)度較弱，路堤整體沿基底接觸面滑動(dòng)；②路堤修筑在較厚的軟弱土層上，路堤連同其下的軟弱土層沿某一滑動(dòng)面滑動(dòng)；③基底巖層強(qiáng)度不均勻，致使路堤沿某一最弱層面滑動(dòng)。

第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析3）陡坡路堤穩(wěn)定性分析：陡坡路堤產(chǎn)生下滑的主要原因是地面橫坡較陡、基底土層軟弱或強(qiáng)度不均勻，因此，計(jì)算參數(shù)應(yīng)取滑動(dòng)面附近較軟弱的土的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并考慮浸水后的強(qiáng)度降低。一般可在基底開(kāi)挖臺(tái)階時(shí)選擇測(cè)試數(shù)據(jù)中較低的值并按受水浸濕的程度予以適當(dāng)折減。陡坡路堤的穩(wěn)定性分析假定路堤整體沿滑動(dòng)面下滑，因此，穩(wěn)定性分析方法可按滑動(dòng)面形狀分為直線法和折線法。

第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析◆2、陡坡路堤穩(wěn)定性分析方法1）直線法

當(dāng)滑動(dòng)面為基底的單一坡面時(shí)按直線滑動(dòng)面考慮

F=(Q+P)costgφ+cLT=(Q+P)sin

穩(wěn)定系數(shù)：K=F/T

第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析2）折線法

當(dāng)滑動(dòng)面為基底的多個(gè)坡度的折線傾斜面時(shí)，可按折線滑動(dòng)面考慮，將滑動(dòng)面上土體按折線段劃分成若干條塊，自上而下分別計(jì)算各土體的剩余下滑力，根據(jù)最后一塊土體的剩余下滑力的正負(fù)值確定整個(gè)路堤的整體穩(wěn)定性。即：剩余下滑力=下滑力-(抗滑力)/K

其中：Tn=(Qn+Pn)sin

nNn=(Qn+Pn)cosn

第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析?3）折線法陡坡路堤穩(wěn)定性分析示例

請(qǐng)用剩余下滑力方法分析下圖所示的折線坡上路堤的抗滑穩(wěn)定性。已知：

1)路堤的幾何參數(shù)如圖所示，其中：

2)土的參數(shù)為：，，；

3)作用在路堤上的超載；

4)抗滑安全系數(shù)。第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析

計(jì)算：

1)首先求土塊①的剩余下滑力；①的面積：S1＝1/2(4+6)×2+1/2×6×6=28m2①的重量：G1=28×18=504kN/m①的抗滑力：R1=1/K[(G1+qb1)cosα1×tg＋cL1]

＝1/1.25[544×0.707×0.268＋10×6.0/0.707]

＝150.36kN/m①的下滑力：T1=（G1+qb1）sinα1＝544×0.707

＝384.608kN/m

所以，①的剩余下滑力為：F1＝T1－R1＝234.25kN/m

第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析

2)F1當(dāng)作外力，求土塊②的剩余下滑力；

②的面積：S2＝4×8=32m2②的重量：G2=32×18=576kN/m②的抗滑力：R2=1/K[(G2+qb2＋F1×0.707)×tg＋cL2]

＝1/1.25[781.61×0.268＋10×4.0]

＝199.58kN/m②的下滑力：T2=F1×0.707＝234.25×0.707

＝165.61kN/m②的剩余下滑力為：F2＝T2－R2＝-33.97kN/m<0，也即①和②可以自平衡，所以令F2為0，不帶入下塊計(jì)算。

第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析

3)求土塊③的剩余下滑力；③的面積：S3＝1/2×8×8=32m2③的重量：G3=32×18=576kN/m③的抗滑力：R3=1/K[G3×cosα2×tg＋cL3]

＝1/1.25[576×0.97×0.268＋10×8.0/0.97]

＝185.8kN/m③的下滑力：T3=G3×sinα2＝576×0.242

＝139.4kN/m③的剩余下滑力為：F3＝T3－R3＝-46.4kN/m<04)因?yàn)棰鄣氖Ｓ嘞禄π∮?，折線路堤滿足抗滑要求。

第七節(jié)陡坡路堤的穩(wěn)定性分析附錄土力學(xué)學(xué)科發(fā)展供參考土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介…11.前古典期

即18世紀(jì)，其代表是基于“天然坡度”及填土單位重量的經(jīng)驗(yàn)土壓力理論。2.古典土力學(xué)的第一階段

從大約1800年人們普遍接受Coulomb的研究成果到1862年Rankine的著作的出版為止。其特點(diǎn)是：假設(shè)c=0，同時(shí)認(rèn)為是松散填方的天然坡度，從19世紀(jì)30年代開(kāi)始，又被認(rèn)為是開(kāi)挖粘土的長(zhǎng)期穩(wěn)定表面坡度。Collin(1864)單獨(dú)把粘聚力看做是粘土在破壞瞬間的強(qiáng)度。

AlexandreCollin(1808~1890)，法國(guó)人，畢業(yè)于Ecole理工大學(xué)，1833年被任命為勃艮第(Bourgogne)運(yùn)河的橋梁公路工程局工程師。1855年之后，擔(dān)任在奧爾良(Orleans)和盧瓦爾(Loire)擔(dān)任主任工程師。在水文和灌漿技術(shù)等工程領(lǐng)域著述頗豐。

土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介…21736.6.14生于法國(guó)Angoul，1806.8.23卒于法國(guó)巴黎。

Coulomb對(duì)土木工程(結(jié)構(gòu)、水力學(xué)、巖土工程)以及自然科學(xué)和物理學(xué)(包括力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué))等都有重要的貢獻(xiàn)。1774年當(dāng)選為法國(guó)科學(xué)院院士。被稱(chēng)為“土力學(xué)之始祖”。

庫(kù)侖CharlesAugustindeCoulomb(1736~1806)土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介…31820.7.2生于蘇格蘭愛(ài)丁堡，1872.12.24卒于蘇格蘭格拉斯哥。

Rankine被后人譽(yù)為那個(gè)時(shí)代的天才，他在熱力學(xué)、流體力學(xué)及土力學(xué)等領(lǐng)域均有杰出的貢獻(xiàn)。1855年后，Rankine在格拉斯哥大學(xué)擔(dān)任土木工程和力學(xué)系主任。1853年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他一生論著頗豐，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文154篇，并編寫(xiě)了大量的教科書(shū)及手冊(cè)，其中一些直到20世紀(jì)還在作為標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)使用。朗肯WilliamJohnMaquornRankine(1820~1872)土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介…43.古典土力學(xué)的第二階段

其特征是：一系列對(duì)砂土的重要實(shí)驗(yàn)研究，該階段是從Darcy(1856)在印度對(duì)管涌和過(guò)濾的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，其后，Darwin和Boussinesq(1883)通過(guò)土壓力實(shí)驗(yàn)及分析，得出是土的摩擦角的定義(天然坡度是其特例)，并且Reynolds在1886年論證了剪脹性和負(fù)孔隙壓力。GeorgeHowardDarwin(1845~1912)爵士是劍橋大學(xué)天文學(xué)和經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)的教授，主要從事地球物理學(xué)研究。上述砂的試驗(yàn)是在他1877年在倫敦三一(Trinity)學(xué)院完成的。

OsborneReynolds(1842~1912)，1868年~1905年之間任曼徹斯特大學(xué)工程學(xué)教授，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，在水力學(xué)研究方面尤為突出。

土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介…5HenryDarcy1803.6.10出生于法國(guó)第戎(Dijon)。

Darcy的一項(xiàng)杰出成就是第戎供水系統(tǒng)的建造。19世紀(jì)上半葉，大多數(shù)城市都沒(méi)有供水和排水系統(tǒng)。1839~1840年，Darcy設(shè)計(jì)和主持建造了第戎鎮(zhèn)的供水系統(tǒng)，它比巴黎的供水系統(tǒng)早了20年。為了感謝Darcy對(duì)家鄉(xiāng)的貢獻(xiàn)，人們將該鎮(zhèn)的中心廣場(chǎng)以他的名字命名。Darcy拒絕了鎮(zhèn)上欲付給他的高額補(bǔ)償，他最終得到的好處是他本人及親屬可免費(fèi)用水。

1856年，發(fā)表了他對(duì)孔隙介質(zhì)中水流的研究成果——Darcy定律。達(dá)西HenryPhilibertGaspxardDarcy(1803-1858)土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介…6Boussinesq是法國(guó)著名的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家。1867年獲得博士學(xué)位，1886年當(dāng)選法國(guó)科學(xué)院院士。

Boussinesq一生對(duì)數(shù)學(xué)物理中的所有分支(除電磁學(xué)外)都有重要的貢獻(xiàn)。在流體力學(xué)方面，他主要研究渦流、波動(dòng)、固體物對(duì)液體流動(dòng)的阻力、粉狀介質(zhì)的力學(xué)機(jī)理、流動(dòng)液體的冷卻作用等方面。他在紊流方面的成就深得著名科學(xué)家SaintVenant的贊賞，而在彈性理論方面的研究成就受到了Love的稱(chēng)贊。布辛奈斯克Valentin

JosephBoussinesq

(1842-1929)

土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介…74.現(xiàn)代土力學(xué)的第一階段(1901～1927)

該階段對(duì)粘土性質(zhì)的認(rèn)識(shí)有了重大突破，其中最重要的是Terzaghi的有效應(yīng)力原理；包括：分類(lèi)試驗(yàn)(Atterberg，1910)，第一次實(shí)際的剪切盒實(shí)驗(yàn)及對(duì)它的應(yīng)用(Bell，1915)，F(xiàn)ellenius和他的瑞典同事進(jìn)行的滑動(dòng)圓弧分析和強(qiáng)度