专题路基稳定性分析
NO.2 路基稳定性分析
§2-2
滑动面为圆柱面的边坡稳定性检算
均质、各向同性的粘性土路堤或路堑边坡——圆弧滑动面法 具体分析方法：圆弧条分法、毕肖普法、稳定数法
• 圆弧条分法 假设： ①假定整体滑动； ②破坏面——圆柱面； ③不计条间力（即大小相等，方向相反，作用在同一直线上）。 一）已知滑面，判断稳定性 已知圆心o、半径R、坡脚圆、求K，判稳：
砂堆
经济VS安全
§2-1
滑动面为平面的边坡稳定性检算/P教材25
解决两个问题 : 一、已知滑面AD，判断稳定性(求K) 如图2-2，不稳定土体ABCD沿AB面整体线性下滑,滑体重Q= γSABCD
Q cos tan CL 稳定因素 抗滑力 N tan C AB K= = ＝ ＝ Q sin T 不稳定因素 下滑力
– 边坡稳定分析中的经典方法，以条分法为代表。 – 主要有Bishop法、Janbu法、Morgenstern&Price法、 Spencer法和Sarmer法等。
• 塑性极限分析法 • 有限元法
– ANSYS、goe-slope等
• 可靠度法 • 边坡稳定性分析方法的发展趋势
– 如可靠性分析法、模糊分级评判法、系统工程分析法、灰色 系统理论、突变理论、神经元法、损伤断裂力学理论、分形 与混沌理论等
2 w w 0
• 边坡破坏的情况(如图2-1)
①已知软弱面： 地质情况→规模大滑坡
②软弱地基： 不规则形状滑动面→圆弧滑动 →坡底圆
软土：近代沉积的饱和松软的黏性土，含水量大，孔隙比大，低承 载力，高压缩性，一种特殊土
③土质好 （c）、（d）：各向同性黏性土及潮湿或饱和粉细砂 中→圆弧→坡脚圆 （e）：均质砂类土→直线滑面
第三章路基稳定性分析解析
公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级汽车荷载，L=12.8m
B——横向分布车辆轮胎外缘之间总距，m
B Nb （N 1）d
b——每一辆车轮胎外缘之间的距离，m d——相邻两辆车轮胎之间的净距，m
2.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
四、各种方法的应用——针对不同的填方土质和可能的破坏形式
（一）填方高边坡
1.砂性土边坡：平面滑动面 法验算； 2.粘性土边坡或软弱地基：圆弧法（宜于使用简化Bishop法） 验算路堤稳定性和路堤——地基整体稳定性。 3.针对工况考虑其他外力影响和安全系数 （1）施工期 （2）运营期——新建成和已建成 （3）集中降雨、浸水路堤（考虑渗透动水压力和浮力）和地震 （考虑地震力）
（二）挖方高边坡
——土质高于20m，岩质高于30m或不良地质地段挖方边坡
基于地质勘察，针对可能的破坏形式
1.规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡采用简化Bishop法； 2.可能产生直线形破坏的边坡采用平面滑动面 法； 3.可能残生折线形破坏的边坡采用不平衡推力法； 4.对于结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平投影法和、实体比 例投影法和楔形滑动面法； 5.针对工况采用不同的外力组合和安全系数。 （1）正常工况——天然状态下的工况； （2）非正常工况Ⅰ——暴雨或连续降雨状态； （3）非正常工况Ⅱ——地震
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。
（一）平面滑动面法
K F Q cos tan cL
T
路基稳定性分析
E T 1 (N tan cL)
K
第四节 陡坡路堤稳定性分析
三.滑动面为折线滑动面
当滑动面为多坡地面时考虑，各土条剩余下滑力按下式计算：
Ei
Ti
Ei1
cos
i1
i
1 K
Ni Ei1 cos i1 i tani ci Li
Ti Qi sini Ni Qi cosi
第四节 陡坡路堤稳定性分析
四.增加陡坡路堤稳定性措施
开挖台阶，放缓边坡，减小下滑力； 清除坡积层，压实基底； 在路堤上侧开挖截水沟或边沟，阻止地表水流湿
润滑动面；
受地下水影响时，设置渗沟以疏干基底土层；
浸水路堤除承受车辆荷载和自重外，浸润线以下的土体还要
受到水的浮力和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。
浸水路堤水位变化
第三节 浸水路堤稳定性分析
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
第四章 路基稳定性分析
➢第一节 概述 ➢第二节 路基边坡稳定性分析 ➢第三节浸水路堤稳定性分析 ➢第四节 陡坡路堤稳定性分析
第一节 概述
一.路基边坡滑动破裂面的形状
边坡滑塌破坏时，会形成一滑动破裂面
砂类土及碎（砾）石土近似于平面 黏质土近似于圆弧面 有的土质可能是不规则的折面或曲面
第一节 概述
二.路基边坡稳定性分析的方法
第二节 路基边坡稳定性分析
4.路基稳定性的分析与计算
设作用于分条上的水平 总合力为Qi，则： 取滑面上能提供的抗滑 力矩为Mr，与滑动力矩M0之 比为安全系数k，则有：
其中：
15
瑞典法存在的问题： 滑面为圆弧面及不考虑分条间作用力的2个假设， 使分析计算得到极大的简化，但也因此出现一定误差: 1.滑动面的形状问题 现实的边坡破坏，滑动面并非真正的圆弧面。但大 量试验资料表明，均质土坡的真正临界剪切面与圆弧 面相差无几，按圆弧法进行边坡稳定性验算，所得的 安全系数其偏差约为0.04。但这一假定对非均质边坡， 则会产生较大的误差。 2.分条间的作用力问题 无论何种类型的边坡，坡内土体必然存在一定的应 力状态；边坡失稳时，还将出现一种临界应力状态。 这两种应力状态的存在，必然在分条间产生作用力， 通常包括分条间的水平压力和竖向摩擦阻力。
根据这一假定滑动面上的抗滑阻力t根据图在滑动面上沿着x轴建立平衡式这时滑动面上的下滑力s当边坡达到极限平衡状态时滑动面上的抗滑阻力与下滑力相等可根据上列两式相等的条件求得分条两侧边的土压力增值e21按竖直方向上的平衡条件可以求得滑动面上的法又根据水平方向的平衡条件可求得整个边坡的安全系数为
1
边坡滑坍是工程中常见的病害之一。路基的稳定 性包括:①边坡稳定；②基底稳定；③陡坡上路堤整体 稳定。 这一讲主要介绍边坡稳定性分析方法。此外，还 将介绍浸水路堤以及地震地区路基稳定性问题。
分析时，可按单向固结理论进行计算。当边坡上的地 表不存在附加荷载或附加荷载下地基已达到完全固结， 或者是计算岩质边坡的稳定性时，则不必考虑超水压 力对边坡稳定性的影响。 地下水渗透压力的计算比较麻烦，在工程设计中， 通常有2种作法，即精确解和简化计算法。 1.精确解 通过对流线的数学分析或 根据试验，计算出各点的流速， 可得到比较精确的解。但计算 比较麻烦，工程中通常不采用。 2.简化计算法 基于任一点的渗透压力等于静水压力来进行分析， 简化计算法能满足工程设计要求，常被工程设计 18
高速公路设计服务中的路基稳定性分析与处理
高速公路设计服务中的路基稳定性分析与处理随着我国交通事业的迅速发展，高速公路的建设日益增加。
而在高速公路设计过程中，路基稳定性是一个至关重要的因素。
因此，对于高速公路设计服务中的路基稳定性分析与处理问题，需要进行深入的研究和有效的措施。
一、路基稳定性分析的重要性在高速公路的设计服务过程中，路基稳定性是非常重要的考虑因素。
路基稳定性的好坏，直接影响到道路的使用寿命和交通安全。
随着交通负荷的增大，以及气候变化等自然因素的影响，路基稳定性问题日益凸显。
路基稳定性分析的重要性主要体现在以下几个方面。
1. 保证道路的安全性：路基的稳定性能直接影响道路的安全性。
一旦路基出现不稳定情况，可能导致道路塌陷、路面开裂等问题，严重时可能会引发事故。
因此，在设计服务中进行路基稳定性分析，能够及早发现问题并采取相应的处理措施，保证道路的安全性。
2. 提高道路的使用寿命：好的路基稳定性可以提高道路的使用寿命。
合理的路基设计和优质材料的选择能够提高路基的承载能力和抗变形性能，使其能够适应不同的交通负荷和环境影响。
通过路基稳定性分析，可以发现潜在的问题，及时采取措施加以修复或加固，延长道路的使用寿命。
3. 降低维护成本：通过路基稳定性分析，能够及时发现问题，并在设计阶段采取相应的处理措施，降低后期维护成本。
如果路基稳定性不佳，道路可能需要经常性地进行修复和加固，这将增加维护成本。
而通过路基稳定性分析，可以在设计阶段选择合适的材料和施工方法，降低维护成本。
二、路基稳定性分析方法在高速公路设计服务中，进行路基稳定性分析主要采用以下几种方法：1. 室内试验和实地调查：通过室内试验和实地调查的方式，收集路基相关参数，包括土壤质地、含水量、抗剪强度等。
室内试验包括土壤试验、压缩试验等，可以获取土壤力学参数。
实地调查则包括地质勘探和钻孔取样等，能够了解路基中的地层情况和土壤性质。
2. 数值模拟仿真：利用数值模拟软件，通过建立路基模型，并输入相关参数，模拟不同荷载条件下的路基响应。
高速公路路基工程的稳定性分析
高速公路路基工程的稳定性分析高速公路的建设和安全运营对于整个交通系统的发展至关重要。
而保障道路的稳定性是确保高速公路安全的重要因素之一。
因此，对于高速公路路基工程的稳定性分析显得尤为重要。
本文将对高速公路路基工程的稳定性进行分析，并提出相应的解决方案。
一、稳定性分析的意义和目标高速公路路基工程的稳定性分析旨在评估路基结构的稳定性，预测可能出现的问题，并提出相应的改进措施，以确保路基在长期使用过程中不发生变形、破坏或失稳。
稳定性分析的目标主要包括以下几个方面：1. 评估路基结构的承载能力：通过分析路基结构的稳定性，确定其承载能力是否能够满足设计要求。
2. 预测可能的变形和失稳：根据路基的地质特征、荷载条件和环境因素等，预测可能出现的变形和失稳情况，以便及时采取相应的措施。
3. 提出改进方案：当路基结构存在稳定性问题时，需要提出相应的改进措施，包括选择适当的建筑材料、优化路基结构设计、加强施工质量控制等。
二、稳定性分析的方法和技术稳定性分析是基于力学原理和土力学理论的，常用的方法和技术包括：1. 地质勘察：通过地质勘察获取路基所在地的地质信息，包括土层结构、岩性、含水量等，并针对勘察结果进行分析和评估。
2. 荷载分析：根据高速公路的设计荷载标准，对路基上所受到的静荷载和动荷载进行计算和分析，以评估路基承载能力。
3. 数值模拟：利用计算机软件模拟和分析路基结构在静力和动力荷载下的响应和变形情况，以预测可能出现的变形和失稳问题。
4. 监测技术：通过安装合适的监测设备，对特定路段的路基进行实时监测，获取路基的变形和位移情况，并及时预警和采取措施。
三、解决方案和措施基于稳定性分析的结果，对于高速公路路基工程存在的稳定性问题，应采取相应的解决方案和措施，包括但不限于以下几个方面：1. 优化设计：通过优化路基结构的设计，包括选择合适的填料材料、确定适当的厚度和斜坡坡度等，以提高路基的稳定性。
2. 施工质量控制：在路基工程的施工过程中，严格控制施工质量，确保填料的均匀性、土方的紧实度等，以减少施工引起的变形和失稳。
高速公路路基的强度与稳定性分析
高速公路路基的强度与稳定性分析随着交通运输的快速发展和城市化的加剧，高速公路作为城市交通的重要组成部分，发挥着极其重要的作用。
而高速公路的路基作为其基础设施的重要组成部分，其强度与稳定性的分析显得尤为关键。
一、高速公路路基的强度分析高速公路路基的强度主要指路基的承载能力。
高速公路车流量大且运输速度较快，路基需要承受车辆的重量以及车辆行驶时所产生的动力荷载。
因此，对高速公路路基进行强度分析，能够帮助我们确定适当的设计强度，确保路基充分承载车辆荷载，提高路面使用寿命。
1. 材料选择高速公路路基的材料选择直接影响着强度分析的结果。
一般情况下，水泥土、沥青混凝土等材料常用于高速公路路基。
这些材料的力学性质、稳定性和耐久性等是进行强度分析时需要考虑的主要因素。
2. 荷载分析高速公路路基需要承受车辆荷载，因此荷载分析是强度分析的一个重要步骤。
通常，我们需要确定高速公路上各种类型车辆的荷载以及荷载的分布情况。
这可以通过实地采集数据或模拟计算得到。
在进行荷载分析时，我们还需考虑车辆荷载的时变性，即车辆行驶时加速度、减速度以及转弯等因素对路基的影响。
3. 承载能力计算通过荷载分析，我们可以得到高速公路路基所受到的荷载。
而路基的承载能力则是指路基能够承受的最大荷载。
在进行承载能力计算时，我们需要考虑路基的材料特性、路基的宽度、路基的厚度以及基础土的力学性质等因素。
通过计算，我们可以判断路基是否能够满足设计要求，是否需要加固或改造路基。
二、高速公路路基的稳定性分析高速公路路基的稳定性是指路基在受到荷载作用时的抗倾覆能力和抗滑动能力。
稳定性分析旨在判断路基的稳定性，以确保高速公路的安全运营。
1. 抗倾覆能力分析高速公路路基的抗倾覆能力是指路基倾覆的抵抗能力。
在进行抗倾覆能力分析时，我们需要考虑路基的几何形状、土壤的力学特性、路基的荷载以及路基和基础土的摩擦力等因素。
通过分析这些因素，我们可以判断路基在荷载作用下是否能够保持稳定。
《路基的稳定分析》PPT课件
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2
第一节 路基边坡稳定性分析
• 所谓边坡就是具有倾斜坡面的土坡。按岩性可分为土质 和岩体边坡；按形成条件可分为自然边坡和人工边坡。
• 边坡的失稳或破坏系指土体在一定范围内整体沿某一滑 面移动而丧失稳定的现象。产生边坡失稳的原因在于边 坡体内可能产生的剪应力大于土的抗剪强度。
1. 40 1
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4
一 边坡稳定性计算方法
▪ 在边坡稳定计算方法中，通常采用整体的极限平衡 方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不 同的分析模式。
▪ 边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同：
➢ 粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形； ➢ 细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形； ➢ 滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。
第七章 土坡稳定计算
O
R A
C
WjB 路 堤
Wi αi
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1
路基是轨道的基础，也称线路下部结构(线下工程)
▪ 按堤身填料经压实后的力学性质和地基条件先设定堤身边坡的形状和 坡度。
▪ 然后将列车和轨道作用在堤身顶面上的荷载换算成土柱置于堤顶线路 位置上，按照常用的边坡稳定性分析计算检算各个已设定堤身断面的边 坡稳定性，得出的应满足的要求，[K]为规范允许值。
▪ 当α变化时，Fs会随之变 化，并出现最小值。Fs min
对应的破裂面称为最危险 破裂面。
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7
砂、石分层填筑的直线破裂面检算图
▪ 当砂、石路堤以不同填料分层填筑时，仍可用直线破裂面 法进行检算。
▪ 此时需分段计算，求各段上土体，包括土柱在内的重力Qi 和由此而得出的分力Ni与Ti以及ciLi，故计算式为：
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五、提高路基稳定的措施：
（一）基底处理 （二）改变结构 （三）改变填土 （四）加强排水 （五）支挡设施
（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：新建路堤采用ccu、Φcu（直剪固结快剪或三轴固结不排水剪）;
已建成路堤采用cu、Φu（直剪快剪或三轴不排水剪）
※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。
（二）路堤上汽车荷载的换算
1.当量土柱高度
（一）平面滑动面法
K F Q cos tan cL
T
Q sin
1.路堤情况 的极限破裂 面
2.纯砂土路基情况分析
K F Q cos tan cL tan
T
Q sin
tan
（二）圆弧——条分法
粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面 1.基本原理 1）将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条 2）依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力 3）叠加计算整个土体的稳定性
5）求稳定系数（简化Bishop法）
Fs
Mr Ms
R( R
ci Li ni tan i ) (Wi Qi ) sin i
Ki
(Wi Qi ) sin i
式中：Wi——第i土条重力；
αi——第i土条底滑面的倾角；
Qi———第i土条垂直方向外力；
。
6）再假定几个可能的滑动面，计算相应k值，由辅助线求取Kmin
计算精度与分段数有关越大越精确，一般为8～10段。结 合横断面特性，划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算。
2.条分法分类
1）简化条分法 ①简单条分法（Fellenius法/瑞典法） ②简化Bishop条分法
2）严格条分法 ③Janbu普遍条分法 ④Spencer法
3.简化Bishop条分法假定
①土体均质，各向同性 ②各土条间传递水平推力，不传递竖向剪力 ③忽略水平推力作用点的位置
第三章 路基稳定性分析
针对问题：1.边坡失稳 2.陡坡路堤的失稳 3.地基失稳
第一节 边坡稳定性分析
一、边坡稳定性分析原理——静力平衡
（一）静力平衡的基本假定
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
分布于整个路基宽度上
三、边坡稳定性分析方法
※力学分析法
1.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—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。
※工程地质类比法
根据不同土类及其所பைடு நூலகம்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。
4.圆弧法基本步骤
1）通过坡脚任意选定可能滑动面AB，半径为R，纵向单位长 度，滑动土体分条（5~8） 2）计算每个土条重Gi（土重、荷载重）垂直滑动面法向分力 3）计算每一段滑动面抵抗力NitgΦ（内摩擦力）和粘聚力cLi （Li为1小段弧长）
4）以圆心o为转动圆心，半径R为力臂。计算滑动面上各点对o 点的滑动力矩和抗滑力矩。
（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
二、边坡稳定性分析的计算参数
（一）所需土的试验资料 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
4.5h法
四、各种方法的应用——针对不同的填方土质和可能的破坏形式
1.砂性土边坡：平面滑动面 法验算； 2.粘性土边坡或软弱地基：圆弧法（宜于使用简化Bishop法） 验算路堤稳定性和路堤——地基整体稳定性。 3.针对工况考虑其他外力影响和安全系数 （1）施工期 （2）运营期——新建成和已建成 （3）集中降雨、浸水路堤（考虑渗透动水压力和浮力）和地震 （考虑地震力）
将车辆布置于路堤上，车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度h0
公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级汽车荷载，L=12.8m
B——横向分布车辆轮胎外缘之间总距，m
B Nb （N 1）d
b——每一辆车轮胎外缘之间的距离，m d——相邻两辆车轮胎之间的净距，m
2.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