第四章路基稳定性分析2PPT课件
4- 第四章 路基稳定性分析
Wi (h1i sat h2i h3i )bi
以下游水位EF以下滑动土体中的孔隙 水为脱离体，其上作用力除滑弧面上 的静水压力（合力为P1）和坡面上的 静水压力（合力为P2）外，在重心位 置还作用有孔隙水的重力和土粒对浮 力的反作用力，二者的合力刚好为与 土体EFC同体积的水重，以GW1表示 。由于是静水，这三个力构成封闭的 力矢三角形（如图所示）。这说明P1 和P2的合力的大小刚好与土体EFC同 体积的水重相等，方向竖直向上。
B 1:n E 1:n 1:n h1 h2 h3 h
D C A
三、边坡稳定性分析方法 Analysis methods of slope stability
一）分析方法分类
（一）力学分析法 Mechanical methods
1、极限平衡法
• 假定失稳时的滑动面上土体为刚体，而且将其视为 脱离体，在极限平衡条件下对其进行各种力的分析 ，安全系数则是滑动面上抗滑力或者抗滑力矩与滑 动力或则滑动力矩之比值，一般计算方法是任意假 定滑动面来找到最小的安全系数，假定滑动面是否 合理则决定了计算的准确性。
M r R ci Li Ni tani FS MS R Wi Qi sin i
6）再假定几个可能的滑动面（可根据辅助线确定滑弧位置） ，计算相 应的K值，再确定Kmin
4.5H法
36º 法
四）公路路基设计规范JTG D30-2015方法
1. 简化Bishop法：用于路堤堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性分析。
①土体均质，各向同性
②任一土条两侧竖向力大小相等, 方向相反，作用在同一条直线上。
4.条分法基本步骤 procedure of slice method
路基的强度和稳定性PPT课件
圆形垂直均布荷载作用下，当应力与应变成直线关
系时，可用弹性理论来解荷载与变形之间的关系，
用下式表示：
从上述的公式可以看出，土基回弹模量，表示土基
在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向
变形的能力.
土基回弹模量的测定方法主要有：
承载板法，贝克曼梁法，CBR（加州承载
2021/6/4
4
2.地质条件
岩石或土的种类与成因
地质走向与层理
有无软弱层或软弱夹层
有无地震、泥石流或岩溶等不良地质情况
2021/6/4
5
3.气候条件
2021/6/4
气温（季节性与地形性）
降水
日照
风力风向
6
4.水文和水文地质条件
地表水的水文条件
1、地表积水水位与存水时间
2021/6/4
17
2、路基工作区
在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直
应力相比所占比例很小，仅为1/10~1/5时，该深度Za范围内的路基称为
路基工作区。
该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度的增加而减小。
对模量不同的路面结构，应将路面折算为与路基同一性质的整体后，再进行
老路：求算平均稠度，查表确定干湿类型
原有道路的土基以下80cm范围内的平均稠度Bm，
应在不利季节测定。如当地有非不利季节与不利季
节的路基湿度换算关系时，可在非不利季节测定，
再换算为不利季节的数值使用。
路基路面工程第4章-路基稳定性分析
1. 路基设计的一般要求(强度、稳定性、一般路基的概念） 2. 路基的类型与构造（路堤、路堑、半填半挖） 3. 路基设计（一般路基设计的内容、压实度） 4. 附属设施（取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台、堆料 坪、错车道）
四、路基稳定性分析
1. 概述
2. 直线滑动面的边坡稳定性分析
3. 曲线滑动面的边坡稳定性分析
近似 使求解静不定问题变为静定问题，采用以下近似：
1.滑动土体沿滑动面整体滑动（刚塑体）,不考虑土体的相
对运动（不考虑内应力）；
2.土体在滑动面上达到极限平衡，滑动面唯一； 3.最不利滑动面，位置通过计算确定； 4.滑动面通过坡脚
路基稳定性分析的计算参数 1.土的计算参数
1.对于路堑天然边坡或地基部分，取原状土，测其容重γ，内摩擦 角Φ，粘聚力c，根据实际情况采用原位剪切试验、直剪试验或三 轴试验。 2.对路堤边坡：取与现场压实度一致的压实土试验数据
（1）施工期稳定分析：采用cu、Φu（直剪快剪或三轴不排水剪）
（2）运营期稳定分析（长期稳定性分析）：
采用ccu、Φcu（直剪固结快剪或三轴固结不排水剪）;
路堤各层填料性质不同时，所采用验算数据可按加权平均
法求得
2.边坡稳定性分析边坡的取值
边坡稳定性分析时，对于折线形或阶梯形边坡，一般可取
平均值，如图1取AB线，图2则取坡脚点和坡顶点的连线。
，如图b，求出相应的稳定系 数Ki值 •得出 Ki 与 ωi 的关系曲线，如 图c
•在K=f(ω)关系曲线上找到最
小稳定系数值Kmin，及对应 的极限破裂面倾斜角ω值。
当砂类土忽略粘结力c时，有稳定系数如下：
若取K=1.25，则其边坡坡角不宜大于其内摩擦角的0.8倍。
路基路面工程(第2版)教学课件4第四章 路基边坡稳定性分析
4.4 浸水路堤稳定性分析
《路基路面工程》
2. 浸水路堤的断面形式
浸水路堤的断面形式一般采用折线形或台阶形，设计水位以下的边 坡坡率不陡于1:1.75，并宜用片石、块石防护。
应对浸水路堤边坡的稳定性进行验算。
4.4 浸水路堤稳定性分析
三、渗透动水压力的计算
渗透动水压力计算式：
D I AB w
《路基路面工程》
4.4 浸水路堤稳定性分析
《路基路面工程》
四、浸水路堤边坡稳定性分析
• 浸水路堤最不利的情况：最高洪水位骤然降落。
• 边坡稳定性分析的原理和方法：圆弧法（条分法）
• 注意浸水土条与未浸水土条的基本参数的变化即可： ➢ 土条浸水与未浸水部分的重度不同；
4.2 边坡稳定性分析的计算参数
荷载分布宽度
（1）分布在行车道（路面）的范围 ： h0
γ
路基填料的重度γ
（2）分布在整个路基宽度上：
h0
γ
路基填料的重度γ
（3）不计（图解法和表解法 ）。
《路基路面工程》
第四章 一般路基设计
第3节 边坡稳定性分析方法
4.3 边坡稳定性分析方法
《路基路面工程》
一、力学经验法
《路基路面工程》
第四章 一般路基设计
第1节 边坡稳定性分析原理
4.1 边坡稳定性分析原理
《路基路面工程》
一、边坡稳定性分析方法
1. 工程地质法（比拟法） 比拟自然山坡、人工边坡，地层土质、水文状况，稳定边坡高度、
形式和坡率。 经验法 2. 力学分析法——极限平衡法
第四章路基稳定性验算ppt课件
精选PPT课件
6
二、汽车荷载当量高度计算
❖ 目的：计算车辆荷载在路基填士破坏棱体上引起的附加 土侧压力
❖ 要求：按车辆最不利情况排列，规定作横向布置，车辆 外侧车轮中线距路面边缘0.5m
❖ 方法： ❖ 1.按图排列： ❖ 2.计算：
图2-1-4-2 汽车荷载布置示意图
精选PPT课件
7
三、边坡稳定性验算的计算参数
❖ 1.边坡稳定性验算所需土的试验资料 ❖ (1)土的重度γ，KN／m3。 ❖ (2)内摩擦角φ ❖ (3)黏结力c，KPa。 ❖ 2.图解或表解法中多层土体验算参数的确定
精选PPT课件
8
❖ 图解或表解法中多层土的参数的确定：
用图解或表解法进行边坡稳定性验算时，对于折线 形边坡（图2-1-4-3a），一般可取各坡度的算术平均值 ；对于阶梯形边坡（图2-1-4-3b），则取坡角点与坡顶 点的连线。
精选PPT课件
10
1.力学验算法包括：直线法、圆弧法和不平衡推力 法三种。
2.工程地质类比法 根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及 其状态的分析研究，通过工程地质条件相对比，拟定 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ与路基边坡条件相类似的稳定值的参考数据，作为 确定路基边坡值的依据。 一般情况下： 土质边坡——力学验算法（设计），工程地质类比 法（校核）。 岩石或碎石土类边坡——工程地质类比法。
精选PPT课件
11
一、直线滑动面法
直线滑动面法适用于松散的砂土和砂性土（两者合称 砂类土）。
如图2-1-4-4a）所示，验算时先通过坡脚或变坡点假 设一直线滑动面AD，下滑土楔体ABD沿假设的滑动面滑动 ，其稳定系数K按下式计算（按边坡纵向单位长度计）：
KT FGcoG sstai n ncL
路基稳定性设计PPT课件
第三节 挡土墙
3. 挡土墙按位置分类
1) 路堑挡墙
用于陡峭山坡的路堑底部，降低边坡高度、减少开 挖，防止地质不良地段的滑坡。
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
2) 路堤挡墙
收缩坡脚，减少填方量；防止边坡或基底(对于陡 坡路堤)滑动，保证沿河路堤不受水流冲刷。
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
二、边坡稳定性验算
第一节 边坡稳定性验算
1. 直线滑动面法
砂性土边坡滑塌时，破裂面近似平面，稳定 性分析时采用直线破裂面法；
二、边坡稳定性验算
第一节 边坡稳定性验算
路基边坡稳定的力学计算基本方法是分析失稳滑 动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按静力平 衡原理，取两者之比为稳定系数K，即：
K=R/T
季节性作用于挡土墙的各种力。 • 特殊力系：
偶然出现的力。 • 一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系，在浸水
地区应考虑附加力，地震地区还应考虑地震对挡 土墙的影响，按最不利的组合进行设计。
二、挡土墙土压力计算
第三节 挡土墙
2. 一般条件下Coulomb主动土压力计算 土压力的类型 ：主动土压力、被动土压力、静止 土压力
• 适用：墙高较大、石料缺乏或挖基困难。
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
锚杆式和锚定板式挡土墙
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
3) 薄壁式挡墙 ❖形式：悬壁式、扶壁式。 ❖特点：构件断面小，结构的稳定性主要依靠 踵板上的填土重量来保证。自重轻，圬工省。 ❖适用：墙高较大。
一、挡土墙的种类与构造
主要依靠自身的重量来维持边坡稳定 • 主要材料：石料
• 特点：能就地取材，地基强度要求较高
第四章路基稳定性分析计算(路基工程)
路基工程第四章路基稳定性分析计算4.1边坡稳定性分析原理4.2直线滑动面的边坡稳定性分析4.3曲线滑动面的边坡稳定性分析4.4软土地基的路基稳定性分析4.5浸水路堤的稳定性分析4.6路基边坡抗震稳定性分析一、边坡稳定原理：力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按静力平衡原理，取两者之比值为稳定系数K，即K=RT1、假设空间问题—>平面问题（1）通常按平面问题来处理（2）松散的砂性土和砾（石）土在边坡稳定分析时可采用直线破裂法。
（3）粘性土在边坡稳定分析时可采用圆弧破裂面法。
一、边坡稳定原理：⏹一般情况下，对于边坡不高的路基（不超过8.0的土质边坡，不超过12.0m的石质边坡），可按一般路基设计，采用规定的边坡值，不做稳定性分析；⏹地质与水文条件复杂，高填深挖或特殊需要的路基，应进行边坡稳定性分析计算，据此选定合理的边坡及相应的工程技术。
一、边坡稳定原理：边坡稳定分析时，大多采用近似的方法，并假设：（1）不考虑滑动土体本身内应力的分布。
（2）认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑。
（3）极限滑动面位置需要通过试算来确定。
二、边坡稳定性分析的计算参数：（一）土的计算参数：1、对于路堑或天然边坡取：原状土的容重γ，内摩擦角和粘聚力2、对于路堤边坡，应取与现场压实度一致的压实土的试验数据3、边坡由多层土体所构成时（取平均值）c = i=1n c i ℎii=1n ℎitanφ= i=1n ℎi tgφii=1n ℎiγ= i=1n γi ℎii=1n ℎi第一节边坡稳定性分析原理二、边坡稳定性分析的计算参数：（二）边坡稳定性分析边坡的取值：对于折线形、阶梯形边坡：取平均值。
（三）汽车荷载当量换算：边坡稳定分析时，需要将车辆按最不利情况排列，并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高，以ℎ0表示：ℎ0=NQγBL式中：N—横向分布的车辆数（为车道数）；Q—每辆重车的重力，kN（标准车辆荷载为550kN）；L—汽车前后轴的总距；B—横向分布车辆轮胎最外缘之间的距离；B=Nb+（N-1）m+d式中：b—后轮轮距，取1.8m；m—相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m；d—轮胎着地宽度，取0.6m；三、边坡稳定性分析方法：一般情况，土质边坡的设计，先按力学分析法进行验算，再以工程地质法予以校核，岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法，有条件时可以力学分析进行校核。
（路基路面工程课件）第四章（路基稳定性分析计算）
第四章路基边坡稳定性设计§4-1 概述§4-2 直线滑动面的边坡稳定性分析§4-3 曲线滑动面的边坡稳定性分析§4-4 陡坡路堤稳定性分析§4-5 浸水路堤的稳定性分析§4-6 路基边坡抗震稳定性分析§4-1 概述边坡稳定性设计的对象:高填深挖路堤、陡坡路堤、浸水路堤、以及滑坡或软土等不利条件下的特殊路基坡脚圆中点圆坡外圆直线形（砂性土）1:m圆弧形（粘性土）破裂面的位置情况失稳岩土体的型态特征:一、边坡稳定的原理为能求解这些静不定问题，需要做些假定，使其成为静定问题：路基边坡稳定的力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿着滑动面上的下滑力T与抗滑力R,按照平衡原理，取两者之比值为稳定系数K251201.~.≥=TR K二、边坡稳定性分析的计算参数（一）土的计算参数路基稳定性分析所需土的实验资料（一）土的计算参数（二）边坡稳定性分析边坡的取值（三）汽车荷载当量换算三、边坡稳定性分析方法力学分析法§4-2 直线滑动面的边坡稳定性计算砂类土边坡用试算法试算法基本步骤N WTBDA1:m Nt g φc LHα解析法cos sin f W cL K W αα⋅+=sin2sin 2sin sinsin HL W c K f ctg H γβαββαγβαα-=⋅=⋅+⋅-⋅（）因则（）0002()()cHK f ctg ctg αγαααβα==++-令0dK d α=由，得最危险破裂面倾角min 00022()csc K ctg m f ααααα=+++最小稳定系数为: （）对于沙性土的路堑边坡，如右图所示。
土楔ABD沿破裂面AD,其稳定系数为：HX iib RW Ih oN iτiφαil ih i§4-3 圆弧滑动面的边坡稳定性计算圆弧法假定滑动面为一圆弧。
适用于:边坡有不同的土层；均质的土边坡，部分被淹没；均质土坝，局部发生渗漏；边坡为折线或台阶形的粘土性路基或路堑。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12
第五节 浸水路堤的稳定性分析
◆3、渗透动水压力对浸水路堤的作用
• 1）浸水路堤的受力:自重、行车荷载、浮力 渗透动水压力。
• 2）浸水路堤的不利时刻：涨水？、落水？
• 3）土的渗透性：由于土中含有空隙，在水位变化过程中伴有 土中含水量的变化。 对砂性土－渗透性好，动水压力较小； 对黏性土－渗透性不好，动水压力也不大； 对亚砂土、亚黏土－具有一定的渗透性，动水压力较 大，边坡容易失稳。
• 4、措施
– 通过调查,充分预估－浪高、洪水位； – 放缓边坡； – 设置护坡道； – 设置导流结构物。
18
第六节 路基边坡抗震稳定性分 析
• 地震的危害
软弱地基沉陷； 液化； 挡土墙等结构物破坏； 边坡路基失稳等 • 要求：对地震烈度大于等于8的地区进行地震验算。
19
第六节 路基边坡抗震稳定性分 析
第四章
路基稳定性分析计算
1
第四节 软土地基的路基稳定性分析
• 公路工程线长面广，沿线地质、水文条件复杂 多变，受多种因素制约，线路不可避免要穿越 软土区；
• 软土特点是细粒土组成的空隙比大（e1）、 天然含水量高（w>wL ,大于30～50%）、压缩 性高（a1-2>0.5Mpa-1）、强度低（Cu<30Kpa） 和具有灵敏结构性的土层。
• 水位骤然下降时，浸水路堤的浸润曲线上凸，渗透动水压力的 作用方向指向土体外，这将剧烈破坏路堤边坡的稳定性，并可能 产生边坡凸起和滑坡，不利于土体稳定，但经过一定时间的渗透， 土体内水位也会趋于平衡，不再存在渗透动水压力。
• 浸水路堤边坡稳定的最不利情况一般发生在最高洪水水位骤然降
落的时候，此时渗透动水压力指向路基体外。
浮力作用，滑动力矩没有减小，用以
抵偿动水压力的不利影响。
扣除浮力
悬浮法计算图式：1-滑动面；2-降水曲面
16
第五节 浸水路堤的稳定性分析
➢3）条分法
非浸水路堤的条分法基本相 同。干燥 浸水两部分 浸水路堤的边坡稳定系数：
K Ni fx cxli Ti D(d/R)
17
第五节 浸水路堤的稳定性分析
指天然路基状态下，不采取任何加固措施，所容许 的路基最大填土高度。
• 计算公式
1）均质薄层软土地基
2）均质厚层软土路基
式中：
c
Hc Nw
Hc——容许填土的临界高度；
Hc
5.52 c
c ——软土的快剪粘结力；
γ ——填土的容重；
Nw——稳定因数，其值与路堤坡角及深度因素γ=（d+H）/H有关。如后图 6
➢1）假想摩擦角法 ✓ 基本点：
适当改变填料的内摩擦角，利用非浸水时的常用方法， 进行浸水时的路堤稳定性计算。
（只适用于全浸水路堤）
tanB
QB Q
tan
15
第五节 浸水路堤的稳定性分析
➢2）悬浮法
✓ 基本假定：
假想用水的浮力作用间接抵消动水压
力对边坡的影响，即在计算抗滑力矩
中，用降低后的内摩擦角反应浮力的 影响，而在计算滑动力矩中，不考虑
2
第四节 软土地基的路基稳定性分析
◆ 软土分布：
沿海地区、内陆湖泊和河流谷地分布着大量淤泥、淤泥质粘 土等软土。
• 软土分类：
• 河海沉积 • 湖泊沉积 • 江滩沉积
• 沼泽沉积
软土地段高填方路基
3
第四节 软土地基的路基稳定性分析
主要病害
• 在软土地基上修建高速公路会遇到 路基不稳定 沉降过大及 不均匀沉降等问题
PT
Pj
式中：
i,j ——路堤填料内的分条编号；
PT ——各土条在滑弧切线方向的 下滑力的总和；
Si ——路基土内（AB弧）的抗剪力；
Sj ——路基土内（BC弧）的抗剪力。
9
第四节 软土地基的路基稳定性分析
• 2）有效固结应力法
可以求固结过程中任意时刻已知固结度的安全系数，但本身 不计算固结度，只是将其作为已知条件。
安全系数为：K(Si Si)(Sj Pj)
PT
ositangi
10
第五节 浸水路堤的稳定性分析
◆1、浸水路堤及水的浸润曲线
• 浸水路堤 浸水路堤是指受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等。
• 浸水路堤的水的浸润曲线 由于土体内渗水速度远慢于河水，因此，当堤外水位升高时，堤内水位的比
降曲线（即浸润线）成凹形，当堤外水位下降时，堤内水位的比降曲线成凸形。
第四节 软土地基的路基稳定性分析
临
界
高
度
的
计
算
γ=(d+H)/H
7
第四节 软土地基的路基稳定性分析
• 规范规定：
8
第四节 软土地基的路基稳定性分析
◆2、路基稳定性的计算方法
• 1）总应力法-地基抗剪强度采用总强度(天然十字板快剪强度)，
或采用直剪快剪指标。
表征稳定性的安全系数为：
K Si (Sj Pj)
13
第五节 浸水路堤的稳定性分析
• 4）动水压力的计算
• D＝IB0
D——作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力，kN/m； I——渗流水力坡降（取用浸润曲线的平均坡降）； ΩB——浸润曲线与滑动弧之间的面积，m2； 0——水的容重，kN/m3
14
第五节 浸水路堤的稳定性分析
4、渗水路堤的边坡稳定性计算方法
• 1、地震力 地面产生地震波加速度形成的力；
20
第六节 路基边坡抗震稳定性分 析 • 2、边坡抗震稳定性的计算方法：
数解法 图解法
• 3、数解法-按照非地震地区的路基边坡稳定性验算方法确定
最危险的滑动面，然后再考虑地震力的作用。
21
复习思考题：
• 1、路基稳定性设计中所用各种近似方法的基本假定？ • 2、分别指出路堑与路堤边坡稳定性验算时所需土的实验资料有
涨潮 落潮
水流曲线
双侧渗水路堤水位变化示意图
单侧渗水路堤水位变化示意图
11
第五节 浸水路堤的稳定性分析
◆2、渗透动水压力对浸水路堤的作用
• 水位急速上升时，浸水路堤的浸润曲线下凹，土体除承受竖向 的向上浮力外，还承受渗透动水压力的作用，作用方向指向土体 内部，有利于土体稳定，经过一定时间的渗透，土体内水位趋于 平衡，不再存在渗透动水压力。
• 且工程性质恶劣，尤其在振动荷载的作用下，易产生 侧向滑移及蠕变，对路基、构筑物的影响较大。
4
第四节 软土地基的路基稳定性分析
• 主要措施: 薄层软土—原则上清除换土
稳定分析,达到要求; 厚层软土---加-固措施;
采用其他结构物-修筑桥梁
5
第四节 软土地基的路基稳定性分析
◆1、临界高度的计算
• 临界高度
哪些？ • 3、行车荷载是怎样计入路基边坡稳定性计算的？ • 4、路基边坡稳定性验算的目的何在？ • 5、指出非浸水路堤边坡稳定性验算时，圆弧滑动面条分法计算