圓弧滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法

關(guān)于圓弧滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述1.穩(wěn)定性分析對象（1）不需要穩(wěn)定性分析：邊坡不高的路基（例如不超過8.0m的土質(zhì)邊坡、不超過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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.巖石路塹邊坡穩(wěn)定性分析過程（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)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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月6.行車荷載作用當(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.試算法

直線滑動(dòng)面上的力系示意圖第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式：對于砂類土，可取c＝0，則穩(wěn)定系數(shù)：第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月K與滑動(dòng)面傾角w的關(guān)系曲線示意圖第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.解析法直線滑動(dòng)面的計(jì)算圖式第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式：其中第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(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）φ圓法第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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）36o線法第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5H線法確定圓心位置圖式1－K值曲線；2－圓心輔助線；3－最危險(xiǎn)滑動(dòng)面第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月36o線法確定圓心位置圖式第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）計(jì)算式條分法計(jì)算圖式第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定系數(shù)K計(jì)算公式：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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（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，具體問題具體分析，例如Kmin≥1.5）。第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）圖解法（a）在極限平衡條件下（K＝1.0），計(jì)算（b）查圖（c）查圖確定任意高度H的邊坡角α，或指定α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α’或高度H’：第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.圓弧滑動(dòng)面的解析法（1）坡腳圓法坡腳圓（φ＝0）計(jì)算圖式第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月滑動(dòng)土體ABDF對圓心O的滑動(dòng)力矩為：其中：第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月抗滑力矩My為：按極限平衡條件（My＝M0），邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為：第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月欲使K值最小，函數(shù)f（α0，a，w）應(yīng)最大。以α0與w為自變量，f（α0，a，w）分別對α0和w進(jìn)行求偏導(dǎo)，可得：第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月利用上面兩式，假定不同的坡腳參數(shù)α0或w，分別計(jì)算和繪制關(guān)系曲線圖，見下圖：坡腳圓的a，α0，w關(guān)系圖第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）中點(diǎn)圓法中點(diǎn)圓計(jì)算圖式第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月總滑動(dòng)力矩M0由五部分組成：這五部分相加、合并后為：第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月抗滑總力矩My為：邊坡穩(wěn)定系數(shù)K值為：第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月以w和α0為自變量，分別對w和α0求偏導(dǎo)，Kmin值對應(yīng)的最危險(xiǎn)圓弧則對應(yīng)最大w和α0，可得w＝0，2α0＝tanα0，即α0≈66o47’，由此可得：為便于工程應(yīng)用，引入?yún)?shù)η和λ，其計(jì)算公式分別為：第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月由下圖可查得η和λ值，然后計(jì)算w和α0，可得f（α0，a，w），即可得到邊坡穩(wěn)定系數(shù)K值。坡角a與因數(shù)η和λ關(guān)系曲線圖第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月對高塑性填土邊坡(φ＝0)，a>53o時(shí)為坡腳圓，a<53o為中點(diǎn)圓。當(dāng)a>60o時(shí)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面在坡腳地面線以上，此種滑動(dòng)面圓弧稱為坡面圓。a與γH/c及λ關(guān)系圖（φ＝0）第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)軟土地基的路基穩(wěn)定性分析軟土的定義：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（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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）均質(zhì)厚層軟土地基由于d值很大，λ值向無窮大數(shù)值接近，故取Nw＝5.52，所以，而填土容重一般為17.5～19.5kN/m3，所以實(shí)際工程中可近似取Hc＝0.3c。（3）對于非均質(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(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)，而未考慮在路堤荷載作用下，土層固結(jié)所導(dǎo)致的土層總強(qiáng)度的增長。

第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月雙側(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月砂性土路堤：透水性強(qiáng)，動(dòng)水壓力較小；粘性土路堤：壓實(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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，是一種簡易方法，可供粗略估算參考。第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.懸浮法假想用水的浮力作用，間接抵消動(dòng)水壓力對邊坡的影響，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（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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月懸浮法計(jì)算圖式1－滑動(dòng)面；2－降水曲線

第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月浸水土條示意圖1－未浸水部分；2－浸水部分；3－降水線

第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ004—89)規(guī)定，對于地震烈度為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：衡量地震自身強(qiáng)度大小的等級，一般分為8級。地震烈度：地表面遭受地震影響的強(qiáng)弱程度。我國分為12度。一次地震僅有一個(gè)震級，但有幾個(gè)烈度。第47頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（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，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共52頁，創(chuàng)作