2010-4.路基稳定性分析设计

路基路面工程 第四章 路基稳定性分析计算
2.荷载分布方式 荷载分布方式 ⑴可分布在行车道宽度范围内 ⑵考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，也可认为当 量土层分布于整个路基宽度上 四、边坡稳定性分析方法 1.力学分析法（数值分析法） 力学分析法（ 力学分析法 数值分析法） 假定几个滑动面，按照力学平衡原理分析验算，找出极限滑动 面。 2.图解或表解法 图解或表解法 在计算机或图解的基础上，制定图或表，用查图或查表来进行， 简单不精确。 3.工程地质类比法 工程地质类比法 根据不同土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的 资料调查，拟定边坡的稳定值参考数据，在设计时，将影响边坡稳 定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边坡值。
第三节 岩石路基的稳定性分析 （一）边坡破坏的基本类型 多平面滑动
边 坡 破 坏 的 基 本 类 型
崩塌 平面滑动 双平面滑动 单平面滑动 滑坡 楔形状滑动
圆弧形滑动 倾倒破坏
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崩塌：斜坡岩土体被结构面分割的块体，突然脱离母 体以垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程 滑坡：斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面（带），产 生以水平运动为主的现象，称为滑坡。 倾倒破坏：由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡，当岩 层走向与坡面走向近平行时，在自重应力的长期作用 下，由前缘开始向临空方向弯曲、折裂，并逐渐向坡 内发展的现象称为倾倒破坏（弯曲倾倒）。
′ M s = R (∑ Ti − ∑ Ti )
M R = R(∑ N i f + ∑ cLi )
f ∑ Qi ⋅ cos α i + cL MR K= = Ms ∑ Qi ⋅ sin α i
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适用于粘性土边坡。 适用于粘性土边坡。
基本假定：
1.滑动面为通过坡脚的圆柱面； 2.不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响； 3.安全系数为抗滑力矩比滑动力矩。
需解决问题：
1.滑动面位置； 2.安全系数K； 3.最小安全系数Kmin； 4.判断边坡稳定性。
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第二节 土质路基边坡稳定性分析 一 直线滑动面的边坡稳定性分析 ）分析计算
（二）分析方法
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K=1 平衡 K>1 稳定（与边坡高度无关） K<1 不稳定（无论边坡高低） 工程上，一般规定 K ≥ 1.20 − 1.25 通过A点假定了3～4个可能的滑动面，求出相应的K1、K2、K3、 K4，绘出K=f(ω)曲线及水平切线以定出Kmin及最危险倾斜角。
cot ω0 = cot α +
a csc α f +a
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二、 曲线滑动面的边坡稳定性分析
（一）适用范围
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滑动面圆心辅助线
4.5H法 36°法
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基本步骤： 基本步骤：
（1）通过坡脚任意选定可能发生的圆 弧滑动面AB，其半径为R，沿路线纵 向取单位长度1m。将滑动土体分成若 干个一定宽度的垂直土条，其宽一般 为2-4m，如图所示； （2）计算每个土条的土体重G(包括小 段土重和其上部换算为土柱的荷载在 内)； （3）计算每一小段滑动面上的反力 (抵抗力)； （4）计算滑动力矩和抗滑力矩； （5）求稳定系数值。
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5、地形地貌 直接影响边坡内的应力分布特征， 进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。 6、地震 产生地震惯性力 7、天然应力 8、人为因素
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边坡岩体稳定性分析的步骤
定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩 体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。 定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算方 法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。
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（二）影响岩体边坡变形破坏的因素
1、岩性 决定岩体边坡稳定性的物质基础。 2、岩体结构 岩体结构及结构面的发育特征是岩体边 坡破坏的控制因素。 3、水的作用 使岩土的质量增大、滑动面的滑动力增 大；岩土软化、抗剪强度降低；对岩体产生动水压力 和静水压力。 4、风化作用 使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强， 抗剪强度降低。
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边坡坡度变化路基:坡度按加权平均法求得
（三）路堤上汽车荷载的换算 1.当量土柱高度 当量土柱高度 汽车荷载当量换算：按车辆最不利组合，将车辆的设计 荷载换算成当量土柱高。即以相等压力的土层厚度代替 荷载，以 h0 表示。
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B=nb+(n-1)d+e
b为车两侧轮中距 为车两侧轮中距1.8m，d为1.3m，e为轮胎着地宽度（0.6） 为轮胎着地宽度（ ） 为车两侧轮中距 ， 为 ， 为轮胎着地宽度
B = Nb + ( N − 1) m + d = 2 × 1.8 + (2 − 1)1.3 + 0.6 = 5.5m
h0 = NQ 2 × 550 = = 0.868m BLγ 5.5 × 12.8 × 18
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2．极限平衡状态：当将土体作为理想刚塑性体时，一部分土体相 ．极限平衡状态： 对于别一部分土体，在荷载作用下从静止平衡状态转向失稳运动状 态时的临界状态，称极限平衡状态。与之相应的荷载称为极限荷载。 极限平衡状态的基本假定： （一）极限平衡状态的基本假定： 1.对边坡稳定性进行力学分析时，为简化计算，都按平面问题处理 2.不考虑滑动主体本身内应力的分布 3.认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑 4.极限滑动面位置通过试算来确定 （二）破裂面的假定 1.松散的砂性土和砾石内摩擦角较大，粘聚力较小，滑动面近似平 面，平面力学模型采用直线。 2.粘性土粘聚力较大，内摩擦角较小，破裂时滑动面为圆柱形、碗 形，近似于圆曲面，平面力学模型采用圆弧
模型模拟试验法 评 价 数学力学分析法 方 法 工程类比法 图解法
块体极限平衡法 弹性力学、弹塑性力学法 有限元法等数值方法
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块体极限平衡法
假设条件 (1)边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪 切破坏； (2)滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚体； (3)滑动面上的应力分布均匀； (4)不考虑滑体两侧的抗滑力。 稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力/滑动力 η>1 稳定 η≦1 不稳定 在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差， 因此，为保险起见，引入安全系数的概念。
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R N × f + c × L Q cos ω × tan ϕ + cL K= = = T T Q sin ω
K = K (ω )
求极小值，
dK =0 dω
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求得：K为最小值时，滑动面的倾角 ω0
F G cosωtgφ+ cl cl K= = = fctgω+ rhl sin( θ-ω) sinω T G sinω + 2 sinθ 2c sinθ θ = fctgω+ ⋅ = fctgω+ a0 [ ctgω+ ctg ( −ω) ] rh sin( −ω) sinω θ 2c 式中 f = tgφ a0 = γh = ( f + a0 )ctgω+ a0 ctg ( −ω) θ
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第四节 浸水路基的稳定性分析
一、浸水路基 浸水路堤：指线路沿河修建路堤或修建在河滩上的路堤；跨越水库或河湾地 段的路堤。 外部作用：浸水路基除了承受自重和行车荷载作用外，还受到水浮力、渗透 动水压力作用。 水浮力的大小，取决于浸水深度。 渗透动水压力：取决于路堤两侧的水位落差。 路堤在渗透动水压力作用下，1使边坡稳定性降低；2在一定的渗透速度下， 路堤土内的细小颗粒将被流水带走，使土的孔隙加大，渗透流速也随之增大，进 而较大的颗粒也被带走，这样连续扩展，便形成一条穿过路堤或基底的管状渗流 通道，这就叫管涌。管涌可使路基变形、下沉或坍塌。 浸水路堤填料：1. 选用透水性强的砂性土为填料，动水压力较小。 2. 选用透水性差的粘性土为填料，但必须严格控制填土的压实度 浸水路堤的高度：（洪水位高度＋壅水高度＋波浪高度＋0.5m。 洪水位高度＋ 洪水位高度 壅水高度＋波浪高度＋ 。 浸水路堤的边坡坡度：在设计水位以下的边坡坡率：1：1.75－1：1.2 浸水路堤的边坡坡度 在常水位以下的边坡坡率： 1：2.0－1：3.0
在作稳定性验算时，应将车辆荷载按最不利情况排列， 在作稳定性验算时，应将车辆荷载按最不利情况排列，并换算 为相当的土层厚度h 再计入条块面积内一起计算重力。 为相当的土层厚度 0。再计入条块面积内一起计算重力。
土柱高: 土柱高
nG h0 = γBl
n为车道数，G为重车重（KN）， 为车辆荷载的横向分布宽度，L为 为车道数， 为重车重 为重车重（ ）， 为车辆荷载的横向分布宽度， 为 ），B为车辆荷载的横向分布宽度 为车道数 车辆荷载纵向分布长度，为填料容重（ 车辆荷载纵向分布长度，为填料容重（KN/m3)。 。