路基边坡稳定性分析计算方法58页.ppt
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1、路基边坡稳定性分析计算方法路基边坡稳定性分析计算方法1School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析直线滑动面的边坡稳定性分析第三节第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析曲线滑动面的边坡稳定性分析第四节第四节 软土地基的路基稳定性分析软土地基的路基稳定性分析第五节第五节 浸水路堤的稳定性分析浸水路堤的稳定性分析第六节第六节 路基边坡抗震稳定性分析路基边坡抗震稳定性分析School of Trans
2、portation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节第一节 概述概述u宁淮高速公路宁淮高速公路School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科u宁杭高速公路(浙江段)宁杭高速公路(浙江段)School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科1、边坡种类、边坡种
3、类:天然边坡、人工边坡。:天然边坡、人工边坡。边坡边坡:具有倾斜坡面的:具有倾斜坡面的岩土体岩土体。土坡土坡:具有倾斜坡面的:具有倾斜坡面的土体土体。School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科天然边坡:天然边坡:江、河、湖、海岸坡江、河、湖、海岸坡 山、岭、丘、岗、天然坡山、岭、丘、岗、天然坡School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科人工
4、边坡:人工边坡:挖方:沟、渠、坑、池挖方:沟、渠、坑、池 填方:堤、坝、路基、堆料填方:堤、坝、路基、堆料露露天天矿矿小浪底土石坝小浪底土石坝School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科2 2、什么是滑坡、什么是滑坡?边坡丧失其原有稳定性,一部分土体相对与另边坡丧失其原有稳定性,一部分土体相对与另边坡丧失其原有稳定性,一部分土体相对与另边坡丧失其原有稳定性,一部分土体相对与另一部分土体滑动的现象称滑坡。一部分土体滑动的现象称滑坡。一部分土体滑动的现象称滑坡。一部分土体
5、滑动的现象称滑坡。土坡滑坡前征兆土坡滑坡前征兆土坡滑坡前征兆土坡滑坡前征兆:坡顶下沉并出现裂缝,坡脚隆起。:坡顶下沉并出现裂缝,坡脚隆起。:坡顶下沉并出现裂缝,坡脚隆起。:坡顶下沉并出现裂缝,坡脚隆起。School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 -内部原因内部原因(1)土质:)土质:各种土质的抗剪
6、强度、抗水能力是不一样的,如各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的,如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等,遇水后软化,使原钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等,遇水后软化,使原来的强度降低很多。来的强度降低很多。(2)土层结构:)土层结构:如在斜坡上堆有较厚的土层,特别是当下伏如在斜坡上堆有较厚的土层,特别是当下伏土层土层(或岩层或岩层)不透水时,容易在交界上发生滑动。不透水时,容易在交界上发生滑动。(3)边坡形状:)边坡形状:突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下缓的突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下缓的凹形坡易于下滑;由于粘性土有粘聚力,当土坡不高时尚可凹形坡易于下滑;由于粘性土有粘聚力,当土坡
7、不高时尚可直立,但随时间和气候的变化,也会逐渐塌落。直立,但随时间和气候的变化,也会逐渐塌落。3 3、路基稳定性分析的原因:、路基稳定性分析的原因:School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科-外部原因外部原因(1)降水或地下水的作用:)降水或地下水的作用:持续的降雨或地下水渗入土层中,持续的降雨或地下水渗入土层中,使土中含水量增高,土中易溶盐溶解,土质变软,强度降低;使土中含水量增高,土中易溶盐溶解,土质变软,强度降低;还可使土的重度增加,以及孔隙水压力的产生,使土
8、体作用还可使土的重度增加,以及孔隙水压力的产生,使土体作用有动、静水压力,促使土体失稳,故设计斜坡应针对这些原有动、静水压力,促使土体失稳,故设计斜坡应针对这些原因,采用相应的排水措施。因,采用相应的排水措施。(2)振动的作用:)振动的作用:如地震的反复作用下,砂土极易发生液化;如地震的反复作用下,砂土极易发生液化;粘性土,振动时易使土的结构破坏,从而降低土的抗剪强度;粘性土,振动时易使土的结构破坏,从而降低土的抗剪强度;车辆运动、施工打桩或爆破,由于振动也可使邻近土坡变形车辆运动、施工打桩或爆破,由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。或失稳等。(3)人为影响:)人为影响:由于人类不合理地开挖,
9、特别是开挖坡脚;由于人类不合理地开挖,特别是开挖坡脚;或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近;在斜或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近;在斜坡上建房或堆放重物时,都可引起斜坡变形破坏。坡上建房或堆放重物时,都可引起斜坡变形破坏。School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科根本原因根本原因:边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。具体原因具体原因:(1)滑面上的剪应力增加;)滑面上的剪应力增加
10、;(2)滑面上的抗剪强度减小。)滑面上的抗剪强度减小。School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科土的计算参数土的计算参数 、(可分层划段,使参数一致,(可分层划段,使参数一致,一般一般采用直接快剪或三轴不排水剪切试验;采用直接快剪或三轴不排水剪切试验;高路堤高路堤时宜采时宜采用直接固结快剪或用直接固结快剪或三轴固结不排水剪切试验三轴固结不排水剪切试验;软土地基软土地基宜采用直接固结快剪或宜采用直接固结快剪或三轴不三轴不固结不排水剪切试验固结不排水剪切试验)边坡的取值
11、边坡的取值 可取综合坡度值,也可用坡顶与坡脚连线近似表达可取综合坡度值,也可用坡顶与坡脚连线近似表达汽车荷载的当量换算汽车荷载的当量换算 L=12.8mL=12.8m;Q=550kNQ=550kN;双;双车车道道N=2N=2,单车单车道道N=1N=1;B=Nb+(N-1)m+d,b=1.8m,m=1.3m,d=0.6mB=Nb+(N-1)m+d,b=1.8m,m=1.3m,d=0.6m。4 4、边坡稳定性分析的计算参数、边坡稳定性分析的计算参数School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与
12、铁道工程国家重点学科5 5、假定、假定 1 1)基本假定)基本假定不考虑滑动土体本身内应力分布;不考虑滑动土体本身内应力分布;认为平衡状态只在滑动面上达到,滑动时成整体下滑;认为平衡状态只在滑动面上达到,滑动时成整体下滑;最危险的破裂面位置通过试算确定。最危险的破裂面位置通过试算确定。School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科均质粘性土:均质粘性土:光滑曲面光滑曲面(圆柱面(圆柱面/圆弧)圆弧)非均质的多层土或含软弱非均质的多层土或含软弱夹层的土坡夹层的土坡:复合滑
13、动面复合滑动面2)滑动面的形状)滑动面的形状无粘性土无粘性土无粘性土无粘性土:平面平面平面平面School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科直线直线曲线曲线折线折线工程地质法(比拟法)工程地质法(比拟法)力学分析法力学分析法图解法图解法6 6、土坡稳定性分析方法、土坡稳定性分析方法1)按失稳土体的滑动面特征划分:)按失稳土体的滑动面特征划分:2)稳定性分析计算方法:)稳定性分析计算方法:School of Transportation Southeast Univers
14、ity,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 直线法适用于砂土和砂性土(两者合称砂类土),土的抗力以直线法适用于砂土和砂性土(两者合称砂类土),土的抗力以内摩擦力为主,粘聚力甚小。边坡破坏时,破裂面近似平面。内摩擦力为主,粘聚力甚小。边坡破坏时,破裂面近似平面。直线滑动面示意图直线滑动面示意图a)a)高路堤高路堤 b)b)深路堑深路堑 c)c)陡坡路堤陡坡路堤BDA1:ma)1:nABDb)ADc)1 1、适用范围、适用范围第二节第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析直线滑动面的边坡稳定性分析School of Transportation Southe
15、ast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科2 2、试算法、试算法式中:式中:滑动面的倾角;滑动面的倾角;f摩擦系数,摩擦系数,f=tan;L滑滑动面的面的长度;度;N滑滑动面的法向分力;面的法向分力;T滑滑动面的切向分力;面的切向分力;c滑滑动面上的粘面上的粘结力;力;Q滑滑动体的重力。体的重力。BDAHRQNT1:m直线滑动面上的力系示意图直线滑动面上的力系示意图方法:方法:假定假定,计算,计算K K与与 的关系。的关系。School of Transportation Southeast University,China
16、东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 3 3、解析法、解析法v边坡稳定系数最小值:边坡稳定系数最小值:BDATNQH式中:式中:School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科土的粘力使边坡滑动面多呈现曲面,通土的粘力使边坡滑动面多呈现曲面,通常假定为圆弧滑动面。常假定为圆弧滑动面。圆弧法适用于粘土,圆弧法适用于粘土,土的抗力以粘聚力为土的抗力以粘聚力为主,内摩擦力较小。主,内摩擦力较小。边坡破坏时,破裂面边坡破坏时,破裂面近似圆柱形。近似
17、圆柱形。第三节第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析曲线滑动面的边坡稳定性分析1 1、适用范围、适用范围School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科2 2、分析方法、分析方法瑞典法(瑞典法(Wolmar Fellenius法法)简化的简化的BishopBishop法法传递系数法传递系数法School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科NfWROBd假
18、定滑动面为圆柱面,截假定滑动面为圆柱面,截面为圆弧,利用土体极限面为圆弧,利用土体极限平衡条件下的受力情况:平衡条件下的受力情况:滑动面上的最大滑动面上的最大抗滑力矩与滑动抗滑力矩与滑动力矩之比力矩之比 饱和粘土,不排水剪条饱和粘土,不排水剪条件下,件下,u u0 0,f fc cu u CA3 3、圆弧滑动面的分析法、圆弧滑动面的分析法School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科假设圆弧滑动面确定圆心和半径假设圆弧滑动面确定圆心和半径把滑动土体分成若干条(条分法)把
19、滑动土体分成若干条(条分法)建立土条的静力平衡方程求解建立土条的静力平衡方程求解(取单位厚度计算)取单位厚度计算)OrWiHiViHi+1Vi+1 4 4、圆弧滑动面的条分法、圆弧滑动面的条分法 -1)瑞典圆弧滑动法假设)瑞典圆弧滑动法假设School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科假设(静定化条件)各土条间的合力假设(静定化条件)各土条间的合力S Si i,S Si+1i+1平行于滑动面,并且平行于滑动面,并且相等(相等(S Si i=S Si+1i+1)。WiHi
20、ViHi+1Vi+1SiSi+1建立土条建立土条垂直于滑动面垂直于滑动面的静力平衡方程的静力平衡方程得得 -2)瑞典圆弧滑动法平衡公式)瑞典圆弧滑动法平衡公式School of Transportation Southeast University,China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科粘性土土坡滑动前,坡顶常粘性土土坡滑动前,坡顶常常出现竖向裂缝常出现竖向裂缝 CRdBAWfONA z0深度近似采用土深度近似采用土压力临界深度压力临界深度 裂缝的出现将使滑弧长度由裂缝的出现将使滑弧长度由AC减小减小到到AC,如果裂缝中积水,还要考虑,如果裂缝中积水,
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