路基設(shè)計(jì)-路基邊坡穩(wěn)定性分析（路基路面工程）

路基路面工程路基邊坡穩(wěn)定性分析的相關(guān)參數(shù)二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測1.邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象路基邊坡滑坍是公路上常見的破壞現(xiàn)象之一。在巖質(zhì)或土質(zhì)山坡上開挖路塹，有可能因自然平衡條件被破壞或者因邊坡過陡，使坡體沿某一滑動(dòng)面產(chǎn)生滑坡。對(duì)河灘路堤、高路堤或軟弱地基上的路堤，因水流沖刷、邊坡過陡或地基承載力過低而出現(xiàn)填方土體（或連同原地面土體）沿某一剪切面產(chǎn)生坍塌。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測2.邊坡失穩(wěn)的影響因素1)內(nèi)部原因（1）土質(zhì)：各種土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度、抗水能力是不一樣的，如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的土、濕陷性黃土等，遇水后軟化，使原來的強(qiáng)度降低很多。（2）土層結(jié)構(gòu)：如在斜坡上堆有較厚的土層，特別是當(dāng)下伏土層(或巖層)不透水時(shí)，容易在交界上發(fā)生滑動(dòng)。（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(dāng)土坡不高時(shí)尚可直立，但隨時(shí)間和氣候的變化，也會(huì)逐漸塌落。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測2)外部原因（1）降水或地下水的作用：持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中，使土中含水量增高，土中易溶鹽溶解，土質(zhì)變軟，強(qiáng)度降低；還可使土的重度增加，以及孔隙水壓力的產(chǎn)生，使土體作用有動(dòng)、靜水壓力，促使土體失穩(wěn)，故設(shè)計(jì)斜坡應(yīng)針對(duì)這些原因，采用相應(yīng)的排水措施。（2）振動(dòng)的作用：如地震的反復(fù)作用下，砂土極易發(fā)生液化；粘性土，振動(dòng)時(shí)易使土的結(jié)構(gòu)破壞，從而降低土的抗剪強(qiáng)度；車輛運(yùn)動(dòng)、施工打樁或爆破，由于振動(dòng)也可使鄰近土坡變形或失穩(wěn)等。（3）人為影響：由于人類不合理地開挖，特別是開挖坡腳；或開挖基坑、溝渠、道路邊坡時(shí)將棄土堆在坡頂附近；在斜坡上建房或堆放重物時(shí)，都可引起斜坡變形破壞。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測3.邊坡穩(wěn)定性分析的相關(guān)參數(shù)1)土的計(jì)算參數(shù)γ、φ、с

可分層劃段，使參數(shù)一致，一般采用直接快剪或三軸不排水剪切試驗(yàn)；高路堤時(shí)宜采用直接固結(jié)快剪或三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)；軟土地基宜采用直接固結(jié)快剪或三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)。2)邊坡的取值

可取綜合坡度值，也可用坡頂與坡腳連線近似表達(dá)。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測3)汽車荷載的當(dāng)量換算把車輛荷載換算成分布于路基全寬上的當(dāng)量土柱高，即以相等壓力的土層厚度來代替荷載，叫當(dāng)量高度，用h0表示。L前后輪的最大軸距，按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)軸距取12.8m；Q載重車的重力，標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為550kN；N并列車輛數(shù)，雙車道N=2，單車道N=1；

B荷載橫向分布寬度；B=Nb+(N-1)m+d；b=1.8m，m=1.3m，d=0.6m。

其中：γ路基土的平均重度（kN/m3）;二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測4)穩(wěn)定系數(shù)K

路基邊坡穩(wěn)定力學(xué)計(jì)算的基本方法是分析失穩(wěn)滑動(dòng)體沿滑動(dòng)面上的下滑力T與抗滑力R,按靜力平衡原理，取兩者之比值為穩(wěn)定系數(shù)K,即:K=R/T

K=1時(shí)，表示下滑力與抗滑力相等,邊坡處于極限平衡狀態(tài);K<1時(shí)，邊坡不穩(wěn)定;K>1時(shí)，邊坡穩(wěn)定。考慮到一些不可預(yù)見的因素的影響，為安全可靠起見,工程上一般規(guī)定采用K≥1.15

~

1.45作為路基邊坡穩(wěn)定性分析的界限值［K］。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測4.邊坡穩(wěn)定性分析的假定1）基本假定①不考慮滑動(dòng)土體本身內(nèi)應(yīng)力分布；②認(rèn)為平衡狀態(tài)只在滑動(dòng)面上達(dá)到，滑動(dòng)時(shí)成整體下滑；③最危險(xiǎn)的破裂面位置通過試算確定。2）滑動(dòng)面的形狀直線滑動(dòng)面法適用于砂土和砂性土（兩者合稱砂類土），土的抗力以內(nèi)摩擦力為主，粘聚力甚小。邊坡破壞時(shí)，破裂面近似平面。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測圓弧滑動(dòng)面示意圖土的粘力使邊坡滑動(dòng)面多呈現(xiàn)曲面，通常假定為圓弧滑動(dòng)面。圓弧法適用于粘土，土的抗力以粘聚力為主，內(nèi)摩擦力較小。邊坡破壞時(shí)，破裂面近似圓柱形。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測折線滑動(dòng)面示意圖沿斜坡地基表面或已知軟弱層帶滑動(dòng)情況下的邊坡穩(wěn)定性分析中，如果已知的滑動(dòng)面在路基橫斷面上可簡化為直線，則可以用直線滑動(dòng)面分析方法來分析。但實(shí)際工程中,這些滑動(dòng)面也有可能不是直線，而是一條折線，這時(shí)就需要采用折線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析方法,不平衡推力法就是這樣一種方法。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測5.邊坡穩(wěn)定性分析方法路基邊坡穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算的方法很多，歸納起來有力學(xué)驗(yàn)算法和工程地質(zhì)法兩大類。力學(xué)驗(yàn)算法又叫極限平衡法，假定邊坡沿某一形狀滑動(dòng)面破壞，按力學(xué)平衡原理進(jìn)行計(jì)算。因此，根據(jù)滑動(dòng)面形狀的不同，又分為直線法，圓弧法和折線法三種。路基路面工程曲線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測1.圓弧滑裂面的穩(wěn)定性分析方法的適用范圍一般來說，土均具有一定的粘力，使邊坡滑動(dòng)面多呈現(xiàn)曲面，通常假定為圓弧滑動(dòng)面。對(duì)于粘性土，土體本身具有較小內(nèi)摩擦角φ和較大的黏聚力c。邊坡坍塌破壞時(shí)，滑動(dòng)土體近似像圓柱形。適合用圓弧滑裂面法進(jìn)行穩(wěn)定性分析.。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測2簡單條分法。簡單條分法是瑞典工程師費(fèi)倫紐斯（W.Fellenius）首先提出來的，故又稱瑞典條分法。簡單條分法適用于邊坡有不同的土層、均質(zhì)土邊坡，部分被淹沒、均質(zhì)土壩，局部發(fā)生滲漏、邊坡為折線或臺(tái)階形的粘性土的路堤與路塹。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測瑞典條分法是所有條分法的雛形。在它的假定中，滑裂面為圓弧面，忽略土條間的相互作用力,將土條底部法向應(yīng)力簡單地看作是土條重力在法線方向的投影。因此該法向力通過滑裂面的圓心，對(duì)圓心取矩時(shí)為零，從而使計(jì)算工作大大簡化。瑞典條分法簡單實(shí)用，適于手算。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測Bishop法靜力簡圖二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測該公式右側(cè)也含有安全系數(shù)Fs,不能直接解出Fs值，需要采用迭代法計(jì)算。首先，先假定Fs等于1，代人公式的右側(cè),計(jì)算出一個(gè)新的Fs值;如果算出的Fs不等于1,則用此Fs值再代人公式的右側(cè)，計(jì)算出一個(gè)新的Fs值;如此反復(fù)迭代，直至前后兩次的Fs值非常接近。通常只要迭代3~4次,就可以得到滿足精度要求的解，而且迭代通常是收斂的。、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測

4.圓弧滑動(dòng)面假定的圓心輔助線的確定方法1）4.5H法二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測2）36o線法路基路面工程折線滑動(dòng)面的穩(wěn)定性分析二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測1.折線滑裂面穩(wěn)定性分析的適用情況沿斜坡地基表面或已知軟弱層帶滑動(dòng)情況下的邊坡穩(wěn)定性分析中，如果已知的滑動(dòng)面在路基橫斷面上可簡化為直線，則可以用直線滑動(dòng)面分析方法來分析。但實(shí)際工程中，這些滑動(dòng)面也有可能不是直線，而是一條折線，這時(shí)就需要采用折線滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性分析方法，不平衡推力法就是這樣一種方法

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其原理是:當(dāng)滑動(dòng)面為多個(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(剩余下滑力=下滑力-抗滑力)，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。運(yùn)用該方法分析邊坡安全性問題時(shí)，為避免過大誤差，要求做到條分合理或?qū)δ承┗孀骶植空{(diào)整，以確保每一條塊下滑面夾角小于10%。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測2.其計(jì)算過程中的假定(1)危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置、形狀已知，是由一組傾角已知的線段構(gòu)成的一條折線。(2)沿折線折點(diǎn)將滑動(dòng)土體劃分的各個(gè)士條具有豎直邊界，編號(hào)順序由高到低。

(3)當(dāng)前i-1個(gè)土條的總體抗滑力不足時(shí)，第i土條與i-1土條的豎直邊界上受到i-1土條傳遞來的剩余下滑力Ei-1,作用方向與水平線夾角為αi-1,傾斜向下，如果前i-1個(gè)土條的總體抗滑力足夠，則Ei-1=0。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測3.剩余下滑力的基本計(jì)算公式其中，WQi為土條的重力與外加豎向荷載之和。αi為土條底部滑動(dòng)面與水平方向的夾角。

其他符號(hào)意義同前。計(jì)算時(shí)，從第1塊開始，逐塊遞推計(jì)算，當(dāng)?shù)趎塊的剩余下滑力En≤0時(shí)，則說明條塊及以下各條塊是穩(wěn)定的。再從下一條塊開始，重復(fù)上述步驟，計(jì)算各土條的剩余下滑力。

二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測En<0表示不會(huì)產(chǎn)生未平衡的推力，按1.25的安全系數(shù)考慮，該折線滑動(dòng)面路基是安全的。如果En

>0則土體的滑動(dòng)穩(wěn)定性不滿足要求，必須對(duì)土體采取加固措施。

不平衡推力法在劃分土條后，其計(jì)算針對(duì)每一土

條分別進(jìn)行,將上一土條計(jì)算出的剩余滑動(dòng)力施加在下一土條上，如果計(jì)算出的剩余滑動(dòng)力小于零，則認(rèn)為前面的所有土條已能自平衡,取剩余滑動(dòng)力為零進(jìn)行下一土條的分析。

該分析方法也可以用于求出實(shí)際安全系數(shù)K,可以用試算法，步驟與上述相同，以上計(jì)算表明

K>1.25，增大該值

直到En

=0，對(duì)應(yīng)的K值即為所求。路基路面工程直線滑動(dòng)面的穩(wěn)定性分析二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測1.適用范圍：松散性的砂類土路基邊坡，滲水性強(qiáng)、黏性差，邊坡穩(wěn)定主要靠其內(nèi)摩擦力。失穩(wěn)土體的滑動(dòng)面近似直線形態(tài)。直線法是假定路基邊坡滑坍時(shí)，滑動(dòng)面為一平面，它適合于砂性類土填筑的路基邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。原地面為近似直線的陡坡路堤，如果接觸面的摩擦力不足，整個(gè)路堤亦可能沿原地面成直線形態(tài)下滑。二、動(dòng)態(tài)彎沉檢測三、平整度檢測按照公路的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，路堤邊坡穩(wěn)定性必須滿足下式：當(dāng)路堤中填料的黏聚力很小，可以忽略不計(jì)，這符合工程中偏安全原則。則帶入上式得：考慮到一些不可預(yù)見的因素的影響，為安全可靠起見,工程上一般規(guī)定采用K≥1.25

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1.45作為路基邊坡穩(wěn)定性分析的界限值［K］。當(dāng)計(jì)算K值小于容許［K］值時(shí)，則應(yīng)放緩邊坡，重新