《第四章路基穩(wěn)定性驗算ppt課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第四章路基穩(wěn)定性驗算ppt課件.ppt（35頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、第四章 路基穩(wěn)定性驗算,第二篇 路基工程（第一分篇）,教學(xué)要求1.描述需要進行路基邊坡穩(wěn)定性分析和驗算的情況，說明邊坡穩(wěn)定性分析常用的兩種驗算方法；2.通過試驗確定邊坡穩(wěn)定性驗算中所需的土的參數(shù)資料；3.描述力學(xué)驗算法、工程地質(zhì)法的概念及直線滑動面法、圓弧滑動面法的驗算思路，步驟及適用性；4.描述圓心輔助線的兩種確定方法；5.描述陡坡路堤穩(wěn)定性驗算的思路、步驟及適用性,會選擇路基穩(wěn)定性的加固措施。,主要內(nèi)容,第一節(jié) 概念第二節(jié) 高路堤和深路塹的邊坡穩(wěn)定性驗算第三節(jié) 陡坡路堤的穩(wěn)定性驗算,第一節(jié) 概述,路基邊坡穩(wěn)定性分析驗算，是路基設(shè)計的主要內(nèi)容之一。邊坡穩(wěn)定性分析和驗算方法:力學(xué)驗算法工程地質(zhì)

2、法其中:在力學(xué)驗算法數(shù)解法圖解或表解法,路基邊坡穩(wěn)定性分析驗算，是路基設(shè)計的主要內(nèi)容。有幾種情況須進行設(shè)計與驗算:1)邊坡高度超過20m的路堤2)土質(zhì)挖方邊坡高度超過20m路塹3)巖石挖方邊坡高度超過30m路塹4)陡斜坡路堤5)浸水的沿河路堤6)特殊地段的路基,一、邊坡滑動面分析,路基邊坡滑坍，是公路上常見的破壞現(xiàn)象之一，常發(fā)生于長期降雨。邊坡滑坍滑動面的形狀與土質(zhì)有關(guān)，一般的形狀有： 平面、曲面，折線直面 為簡化計算，邊坡滑動斷面可選用：直線砂土及砂性土；圓曲線黏性土；折線不同土層滑動面形狀如圖所示：,圖2-1-4-1 滑動面的各種形式a）填砂性土?xí)r；b）填粘性土?xí)r；c）；地基為軟弱土層時；

3、d）邊坡為折線時；e）橫斷面為陡坡時（整體滑動）,二、汽車荷載當(dāng)量高度計算,目的：計算車輛荷載在路基填士破壞棱體上引起的附加土側(cè)壓力要求：按車輛最不利情況排列，規(guī)定作橫向布置，車輛外側(cè)車輪中線距路面邊緣0.5m方法：1.按圖排列：2.計算：,圖2-1-4-2 汽車荷載布置示意圖,三、邊坡穩(wěn)定性驗算的計算參數(shù),1.邊坡穩(wěn)定性驗算所需土的試驗資料 (1)土的重度，KNm3。 (2)內(nèi)摩擦角 (3)黏結(jié)力c，KPa。2.圖解或表解法中多層土體驗算參數(shù)的確定,圖解或表解法中多層土的參數(shù)的確定：,圖2-1-4-3 圖解或表解法時的邊坡取值a）折線形邊坡；b）階梯形邊坡,用圖解或表解法進行邊坡穩(wěn)定性驗算時

4、，對于折線形邊坡（圖2-1-4-3a），一般可取各坡度的算術(shù)平均值；對于階梯形邊坡（圖2-1-4-3b），則取坡角點與坡頂點的連線。,第二節(jié) 高路堤和深路塹的邊坡穩(wěn)定性驗算,路堤邊坡高度超過20m時稱為高路堤；土質(zhì)挖方邊坡高度超過20m或巖石挖方邊坡高度超過30m時稱為深路塹。 高路堤和深路塹的邊坡穩(wěn)定性驗算一般可采用力學(xué)驗算法，其基本原理是在邊坡上假定幾個不同的滑動面，按力學(xué)平衡原理對每個滑動面進行驗算，從中找出最危險滑動面，按此最危險滑動面的穩(wěn)定程度來判斷邊坡的穩(wěn)定性。,1.力學(xué)驗算法包括：直線法、圓弧法和不平衡推力法三種。 2.工程地質(zhì)類比法 根據(jù)穩(wěn)定的自然山坡或已有的人工邊坡進行土類及

5、其狀態(tài)的分析研究，通過工程地質(zhì)條件相對比，擬定出與路基邊坡條件相類似的穩(wěn)定值的參考數(shù)據(jù)，作為確定路基邊坡值的依據(jù)。 一般情況下： 土質(zhì)邊坡力學(xué)驗算法（設(shè)計），工程地質(zhì)類比法（校核）。 巖石或碎石土類邊坡工程地質(zhì)類比法。,一、直線滑動面法,直線滑動面法適用于松散的砂土和砂性土（兩者合稱砂類土）。 如圖2-1-4-4a）所示，驗算時先通過坡腳或變坡點假設(shè)一直線滑動面AD，下滑土楔體ABD沿假設(shè)的滑動面滑動，其穩(wěn)定系數(shù)K按下式計算（按邊坡縱向單位長度計）：,如圖2-1-4-4a，通過坡腳A點，繼續(xù)假設(shè)幾個（34個）不同的滑動面，按上式求出相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)K1，K2，K3等值，并繪出Kf()曲線（圖2-

6、1-4-4b），在此關(guān)系曲線上找到最小穩(wěn)定系數(shù)Kmin及對應(yīng)最危險滑動面時的傾斜角0。 為保證邊坡穩(wěn)定性必須有足夠的安全儲備，穩(wěn)定系數(shù)Kmin1.25，但K值也不宜太大，以免造成工程不經(jīng)濟。,當(dāng)路堤填料為純凈的粗砂、中砂、礫石、碎石時：,二、圓弧滑動面法,圓弧滑動面法適用于粘性土邊坡。,基本假定：1.滑動面為通過坡腳的圓柱面；2.不考慮土體的內(nèi)應(yīng)力分布及各土條之間相互作用力的影響；3.安全系數(shù)為抗滑力矩比滑動力矩。,需解決問題：1.滑動面位置；2.安全系數(shù)K；3.最小安全系數(shù)Kmin；4.判斷邊坡穩(wěn)定性。,粘性土邊坡的滑動面,1.條分法 1）計算公式及步驟 （1）如圖2-1-4-5所示，通過坡

7、腳任意選定一個可能的圓弧滑動面AB，其半徑為R。將滑動土體分成若干個垂直土條，其寬度一般為24m，通常分810個土條，為了計算方便，分條時，垂直分條線分別與圓心垂直軸重合，與不同土層和邊坡交接點及圓弧滑動面交接點重合。,（2）根據(jù)每個土條的面積，縱向以單位長度計，計算出每個土條的土體重Q，引至滑動圓弧面上并分解為：切向分力 法向分力 式中：為第i條土體弧段中心點的徑向線與該點垂線之間的夾角，。 （3）以圓心O點，半徑R，計算滑動面上各力對O點的滑動力矩。 滑動力矩滑動（ii） 抗滑力矩抗滑（ii）,（4）求穩(wěn)定系數(shù)K：,（5）按上述步驟通過坡腳再假設(shè)幾個可能的滑動圓弧，分別計算各個滑動面的穩(wěn)定

8、系數(shù)相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)K，從中得出Kmin值。Kmin值所對應(yīng)的滑動面就是最危險滑動面。 一般情況下，容許穩(wěn)定系數(shù)K=1.21.5。取值時可根據(jù)土的特性、抗剪強度指標(biāo)的可靠程度、公路等級和地區(qū)經(jīng)驗綜合考慮確定。當(dāng)Kmin1.25時，則應(yīng)放緩邊坡、更換填料，重新按上述方法進行穩(wěn)定性驗算。,2）危險圓心輔助線確定 為了較快地找到最危險滑動圓心，減少試算的工作量，根據(jù)經(jīng)驗，危險滑動面的圓心在一條直線上，該直線稱為圓心輔助線。確定圓心輔助線的方法有4.5H法和36法。 （1）4.5H法（如圖2-1-4-6所示）,4.5H法的步驟如下：由坡腳E向下引垂線并取邊坡高度H得F點。自F點向右引水平線并量取4.5H

9、得M點。連接坡腳E和坡頂S，求ES的斜度 ，根據(jù)i由表2-1-4-1查得1、2的角值。自E點引與ES成1角的直線，又由S點引與水平線成2角的直線，兩直線交于I點。 連接M與I，并向左上方延長，即得圓心輔助線。如土僅有粘結(jié)力，而 0，則最危險滑動圓弧的圓心就是I點；如土除了粘結(jié)力之外還有摩擦力，則最危險滑動面的圓心將隨值的增加，而在輔助線上向外移動。,輔助線作圖角值表 表2-1-4-1,4.5H法較精確，求出的穩(wěn)定系數(shù)值較小，此法適用于驗算重要建筑物的穩(wěn)定性。,(2)36法 此法是一種簡化的方法，如圖2-1-4-7所示，由E點作與水平線成36角的射線EF，即為圓心輔助線。36法較簡便，但精確度不

10、如4.5H法，若不計汽車荷載當(dāng)量高度，計算結(jié)果也出入不大。,圖2-1-4-7 36法確定圓心輔助線a）考慮行車荷載時；b）不計行車荷載時,2.表解法 按條分法進行路基邊坡穩(wěn)定性驗算時計算工作量較大，所以對均質(zhì)、直線形邊坡路堤，滑動面通過坡腳，坡頂為水平并延伸到無限時，可用表解法進行驗算。 如圖2-1-4-8所示，穩(wěn)定系數(shù)為：,式中： 邊坡高度，； 、取決于幾何尺 寸的系數(shù)，查 表2-1-4-2； 土的粘結(jié)力，kPa； 土的內(nèi)摩擦系數(shù)，f tan 。,制表時略去行車荷載，用36法確定圓心輔助線，假定滑動面通過坡腳，如圖2-1-4-9所示。各個滑動圓弧的圓心自路基邊緣S點開始，取SO1（0.25+

11、0.4m）H，其中m為邊坡率，H為邊坡高度。自O(shè)1起，每隔0.3H定一點,分別為O2、O3、O4、O5。此時其A、B值見表2-1-4-2。,滑動面通過坡腳時表解法的A、B值 表2-1-4-2,25,陡坡路堤當(dāng)路基修筑在陡坡上，且地面橫破大于1：2.0或在不穩(wěn)固的山坡上，路基不僅要分析路堤邊坡穩(wěn)定性，還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析假定路堤整體沿滑動面下滑，邊坡穩(wěn)定性分析方法可按滑動面形狀的不同分為直線和折線兩種方法。,第三節(jié) 陡坡路堤的穩(wěn)定性驗算,一、陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法 1.直線法 基底為單一坡面，土體沿直線滑動面整體下滑時，可用直線滑動面法。 ()c

12、ostg+cL/ ()sin,2.折線滑動面法,計算途中出現(xiàn)En0，則此塊剩余下滑力不向下一塊傳遞；當(dāng)最終的剩余下滑力Ez0時，判斷路堤為穩(wěn)定。,二、穩(wěn)定加固措施,1.改善基底，增加滑動面的抗滑力或減少滑動力開挖臺階，放緩邊坡清除坡積層，夯實基底選擇較大顆粒填料。2.加強排水設(shè)施3.設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物可在坡腳處設(shè)置石砌護腳、干砌或漿砌擋土墻等,當(dāng)驗算最終一塊土體的剩余下滑力Ez0時，則路堤為不穩(wěn)定，必須采取以下措施，以增加陡坡路堤的穩(wěn)定性。,本 章 小 結(jié),（1）對于高路堤、深路塹、陡坡路堤、浸水路堤以及地質(zhì)水文條件特殊地段的路基，應(yīng)進行邊坡穩(wěn)定性分析和驗算。 （2）邊坡穩(wěn)定性分析和驗算方法常用的

13、有力學(xué)驗算法、工程地質(zhì)法兩種。在力學(xué)驗算法中又可分為數(shù)解法、圖解或表解法兩類。一般土質(zhì)路基的邊坡設(shè)計常用力學(xué)驗算法進行驗算；巖石或碎石土類路基的邊坡則常采用工程地質(zhì)法進行設(shè)計。,（3）在一般情況下，當(dāng)路基填筑的是砂類土?xí)r，滑 動面類似于直線平面，在邊坡穩(wěn)定性驗算時可采用直線滑動面法；當(dāng)路基填筑的是粘性土?xí)r，滑動面類似于圓曲面，在邊坡穩(wěn)定性驗算時可采用圓弧滑動面法。（4）邊坡穩(wěn)定性驗算所需土的試驗資料為土的容重、內(nèi)摩擦角、粘結(jié)力c。（5）直線滑動面法驗算的思路是：先通過坡腳或變坡點假設(shè)一直線滑動面，下滑土楔體沿假設(shè)的滑動面滑動，計算其穩(wěn)定系數(shù)K；然后通過坡腳點，繼續(xù)假設(shè)不同的滑動面，求出相應(yīng)的穩(wěn)

14、定系數(shù)Ki值，繪出Kf()曲線，在此曲線上找到最小穩(wěn)定系數(shù)Kmin，并要求不小于1.25。,（6）圓弧滑動面法驗算的思路是：首先用4.5H法作圓心輔助線，然后通過坡腳選一個可能的圓弧滑動面，將滑動土體分成若干個垂直土條，利用條分法計算穩(wěn)定系數(shù)K；再假設(shè)幾個可能的滑動圓弧，分別計算相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)，在圓心輔助線上繪出穩(wěn)定系數(shù)關(guān)于圓心的關(guān)系曲線，找出最小的穩(wěn)定系數(shù)Kmin，并要求不小于1.25。（7）陡坡路堤的穩(wěn)定性驗算的思路是：根據(jù)路堤可能滑動的方向，整塊或逐塊計算剩余下滑力，由最終剩余下滑力的正負來判斷路堤的穩(wěn)定性。 （8）當(dāng)陡坡路堤的邊坡穩(wěn)定性驗算不足時，可采用的改善措施有：改善基底，增加滑動

15、面的抗滑力或減少滑動力；加強排水設(shè)施；設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物。,思考題與習(xí)題,1.什么情況下需要進行邊坡穩(wěn)定性分析和驗算？2.常用邊坡穩(wěn)定性驗算方法有哪兩種？力學(xué)驗算法中又可分為哪兩種？3.如何正確地選用可能的滑動面？4.何謂汽車荷載當(dāng)量高度？換算時以哪層土為基準(zhǔn)？5.邊坡穩(wěn)定性驗算時所需土的試驗資料有哪些？6.何謂工程地質(zhì)法？什么情況下適用？ 7.直線滑動面法適用于什么土？其驗算思路及步驟如何？,8.圓弧滑動面法適用于什么土？其驗算思路及步驟如何？ 9.何謂陡坡路堤？其穩(wěn)定性驗算的思路是什么？ 10.當(dāng)邊坡穩(wěn)定性驗算不足時，可采用的改善措施有哪些？ 11. 路堤斷面如圖2-1-4-16所示，路堤土為亞粘土，17.64kN/m3,27,c9.8kN/m2,設(shè)計荷載為汽車15級，試驗算該路堤的穩(wěn)定性。,12. 已知陡坡路堤的橫斷面如圖2-1-4-17所示，路堤橫斷面面積A125m2,填土容重18kN/m3,粘結(jié)力c9.8kN/m2，基底接觸面的內(nèi)摩擦角2052,試驗算此路堤的整體穩(wěn)定性，安全系數(shù)K1.25。,END,