路面工程第4章-路基稳定性分析

力学分析法
1.数解法：假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每 个滑动向进行边坡稳定性分析，从中找出极限滑动面．按 此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此法较精 确，促计算较繁，建议学生自编随机搜索计算机程序进行 数值计算。
2.图解或表解法：在计算机和图解分析的基础上，制定成 图或表，用查图或查表法进行边坡稳定性分析。此法简单， 但不如数解法精确。
第3章 内容回顾
1. 路基设计的一般要求(强度、稳定性、一般路基的基设计的内容、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 4. 软土地基的路基稳定性分析 5. 浸水路堤的稳定性分析 6. 路基边坡抗震稳定性分析
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：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
假定土为均质和各向同性； 滑动面通过坡脚； 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 ，土条不受侧向力作用，或虽有侧向力，但与滑动圆弧的 切线方向平行
行车荷载换算高度
路基除承受自重作用外，同时还承受行车荷载的作用。在 边坡稳定性分析时，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(即以相等压力的土层 厚度采代替荷载)，以h0表示：
边坡稳定性分析原理
1．滑动面形状——与土质有关 粘性土——圆柱形、碗形 砂性土及砂土——平面
土坡稳定性分析的方法 按照失稳土体的滑动面特征，可以归纳为直线、曲线和折 线三大类。 另外还可以分为工程地质法、力学分析法和图解法。
工程地质法 根据不同土类及其所处的状态，经过长期生产实践和大量 的资料调查，拟定边坡稳定值参考数据，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。
解析法
K F Q cos tan cL
T
Q sin
( f a) cot a cot( )
按微分方法，当dK/dω=0可求稳定系数K最小时破裂面
倾斜角ω0值 。
Kmin (2a f )cot 2 a( f a) cos
C
f——土体内摩擦系数， f tan
B
a——参数，a 2c / h
问题：
• 路基稳定性分析是要确定什么？ • 判断路基是否稳定的指标是什么？ • 什么叫行车荷载换算高度？ • 直线滑动面法和圆弧滑动面法各自适应什么情况？ • 直线滑动面法的滑动面如何确定？ • 圆弧滑动面法的滑动面如何确定？
1.概述
路基边坡滑坍是公路上常见的破坏现象之一。必须对可能 比现失稳或已出现失稳的路基进行稳定性分析，保证路基 设计既满足稳定性要求，又满足经济性要求。
T
Q sin
试算法
•先假定路堤边坡值，然后通 过坡脚A点 •假定3～4个可能的破裂面ωi ，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。
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。
2.直线滑动面的边坡稳定性分析
适用范围 直线法适用于砂土和砂性土(合称砂类土)，土的抗力以内 摩擦力为主，粘聚力小。边坡破坏时，破裂面近似平面。
K F Q cos tan cL
稳定性分析的对象： 水文和地质条件复杂、高填、深挖
或特殊需要的路基，进行边坡稳定性分析，由此确定合理 的边坡坡度及相应的工程技术措施。
边坡破坏的机理
1、土体强度破坏 2、受水侵蚀 3、设计施工不当 4、荷载过大 5、地震或其它自然因素 均由剪切破坏引起。
稳定系数
分析失稳土体沿滑动面的下滑力T与抗滑力R的比值K，称 为稳定系数。工程上一般规定采用K大于等于1.20-1.25， 作为路基边坡稳定性分析的界限值。
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．力学求解问题 单一平面问题——静力平衡问题 两个破坏面问题——超静定问题 多个破坏面问题——多次超静定问题
a)直线破坏面
N T
W
T W
N
b)折线破坏面
T2
T1
N2
N1
W
C)曲线破坏面
T N
W
假设
1.在用力学边坡稳定性分析法进行边坡稳定性分析时，为 简化计算．通常都按平面问题来处理。 2．松散的砂性土和砾(石)土具有较大的内摩擦角和较小 的粘聚力，边坡滑坍时，破裂面近似平面，在边坡稳定性 分析时可采用直线破裂面法。 3．粘性土具有较大的粘聚力，而内摩擦角较小，破坏时 滑动面有时象圆栓形，有时象碗形，通常近似于圆曲面， 故可采用圆弧破裂面法。
其他符号意义同前
h ΦΘ
A
习题
1.填料为沙土，摩擦角φ=30o,取k=1.25，求 临界边坡角
2.填料为粘土，c=12kPa，φ=30o, γ=18kN/m3,取k=1.25，求临界边坡角
3.曲线滑动面的边坡稳定性分析
适用范围
适用于粘性土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力较小。 边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。适用于边坡有不同的土 层、均质土边坡，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性土的路堤与路堑。 条分法