第四章路基稳定性分析计算.pptx

第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算4 4、行行车车荷荷载载是是边边坡坡稳稳定定性性分分析析的的主主要要作作用用力力之之一一，计计算算时时将将车车载载换换算算成成相相当当于于路路基基岩岩土土层层厚厚度度，计计算算公公式式见见（4-4-1 1）；行行车车荷荷载载对对较较高高路路基基边边坡坡的的稳稳定定性性影影响响较较小小，换换算算高高度度可可近近似似分分布布于于路路基基全全宽宽上上，采采取取近近似似方方法法时时，也也可可以不计算行车荷载。以不计算行车荷载。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算第二节第二节 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砂砂类类土土路路基基边边坡坡渗渗水水性性强强，粘粘性性差差，边边坡坡稳稳定定性性主主要要靠靠其内摩擦力支承，失稳土体的滑动面近似直线形态。其内摩擦力支承，失稳土体的滑动面近似直线形态。一、试算法一、试算法按静力平衡公式有：按静力平衡公式有：滑滑动动面面位位置置不不同同，K K值值亦亦随随之之改改变变，边边坡坡稳稳定定与与否否的的判判断断依依据据，应应是是稳稳定定系系数数的的最最小小值值，相相应应的的最最危危险险滑滑动动面面的的倾倾角角 ，上上式式表表明明，K K值值是是 的的函函数数，可可选选择择4 4到到5 5个个滑滑动面，计算并绘制两者的关系曲线，即可确定最小的动面，计算并绘制两者的关系曲线，即可确定最小的K K第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算与与 的的关关系系曲曲线线，当当其其符符合合规规定定，路路基基稳稳定定，否否则则要要另另行计算。行计算。二、解析法二、解析法对对于于上上面面的的计计算算公公式式，求求导导数数代代替替试试算算法法，可可以以大大大大简简化计算。化计算。计计算算公公式式（4-74-7）即即可可用用来来求求路路基基边边坡坡角角的的稳稳定定系系数数最最小小值值，亦亦可可在在其其他他条条件件固固定定时时，反反求求稳稳定定的的坡坡角角或或计计算算路路基的限制高度。基的限制高度。见教材例见教材例4-14-1、4-24-2、4-34-3。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算第三节第三节 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一一般般来来说说土土均均具具有有一一定定的的粘粘结结力力，滑滑动动面面也也多多数数是是曲曲面面，通通常常假假定定为为圆圆弧弧滑滑动动面面。边边坡坡稳稳定定性性的的计计算算方方法法较较多多，比比如如有有条条分分法法（瑞瑞典典法法）、条条分分法法的的图图解解和和表表解解法法、解解析法（如应力圆法）等。析法（如应力圆法）等。一、圆弧滑动面的条分法一、圆弧滑动面的条分法1 1、原理、原理该该方方法法的的基基本本原原理理是是静静力力平平衡衡。假假定定土土质质均均匀匀，不不计计滑滑动动面面以以外外的的土土体体位位移移产产生生的的作作用用力力，计计算算时时取取单单位位长长度度，将将滑滑动动土土体体划划分分为为若若干干土土条条，分分别别计计算算各各土土条条对对于于滑滑动动圆圆心心的的滑滑动动力力矩矩和和抗抗滑滑力力矩矩，取取两两者者力力矩矩之之比比值值为为稳稳定定系数。系数。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算2 2、图式、图式首首先先要要确确定定圆圆心心和和半半径径。一一般般情情况况下下，圆圆心心的的位位置置是是在在圆圆心心辅辅助助线线EFEF的的延延长长线线上上移移动动，E E、F F的的位位置置可可用用4.5H4.5H法法确定：确定：（1 1）由由A A点点作作垂垂直直线线，取取深深度度为为HH确确定定GG点点，由由GG点点作作水水平线，取距离为平线，取距离为4.5H4.5H确定确定E E点。点。（2 2）F F点点的的位位置置由由角角度度B1B1（以以平平均均边边坡坡线线为为准准）和和B2B2（以以BB的的水水平平线线为为准准），角角度度B1B1和和B2B2取取决决于于路路基基的的边边坡坡率，见表（率，见表（4-14-1）。）。（3 3）取取4 4至至5 5个个点点为为圆圆心心，分分别别求求出出K K值值，并并绘绘制制K K值值曲曲线线，则可以解得则可以解得K K的最小值及相应的圆心点位置。的最小值及相应的圆心点位置。3 3、计算式、计算式第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算计算公式见（计算公式见（4-84-8）；）；二、条分法的表解和图解二、条分法的表解和图解此此方方法法不不计计行行车车荷荷载载，圆圆心心位位置置用用3636度度法法确确定定，稳稳定定系系数增大。数增大。1 1、表解法、表解法将将土土条条的的高高度度、宽宽度度及及弧弧长长统统一一换换算算成成边边坡坡高高度度的的函函数数，见公式（见公式（4-94-9），式中），式中A A和和B B的值可由表的值可由表4-24-2查得。查得。见例见例4-44-42 2、图解法、图解法取取K K1.01.0，式式（4-94-9）改改为为（4-104-10），然然后后绘绘制制图图4-114-11，可可以以确确定定任任意意高高度度HH时时的的边边坡坡角角，或或指指定定边边坡坡角角确确定定HH值值，见例见例4-54-5。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算三、圆弧滑动面的解析法三、圆弧滑动面的解析法1 1、坡脚圆法、坡脚圆法高高塑塑性性土土的的内内摩摩擦擦角角很很小小，路路基基边边坡坡稳稳定定性性验验算算时时，取取为为0 0，若若坡坡顶顶为为水水平平面面，圆圆弧弧滑滑动动面面通通过过坡坡脚脚，称称之之为为坡坡脚脚圆圆，边边坡坡稳稳定定系系数数计计算算公公式式见见（4-134-13）（4-144-14），利利用用此此两两式式，假假定定不不同同的的坡坡脚脚参参数数，分分别别计计算算和和绘绘制制成成关关系系曲线图，可简化计算。曲线图，可简化计算。见例见例4-64-6例例4-84-82 2、中点圆法、中点圆法软软基基上上的的高高塑塑性性土土路路堤堤，坡坡顶顶为为水水平平，而而原原地地面面成成水水平平或或向向下下倾倾斜斜。此此时时，最最危危险险滑滑动动面面将将移移至至坡坡脚脚以以外外，连连同部分地基软弱土形成整体滑动，此类圆弧称为中点圆。同部分地基软弱土形成整体滑动，此类圆弧称为中点圆。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算计计算算公公式式见见（4-164-16）（4-174-17）。为为了了便便于于计计算算，工工程程上上引引入入了了两两个个因因数数，确确定定最最然然险险滑滑动动面面的的位位置置，计计算算公公式式见见（4-194-19）（4-204-20）。经经过过试试算算，可可绘绘制制成成图图4-174-17，进进行行图图解。解。见例见例4-194-19中中点点圆圆和和坡坡脚脚圆圆同同属属于于内内摩摩擦擦角角为为0 0的的圆圆弧弧滑滑动动面面计计算算方方法。实际应用中，首先必须判别图式类型。法。实际应用中，首先必须判别图式类型。对对高高塑塑性性填填土土，当当坡坡脚脚5353度度时时为为坡坡脚脚圆圆，坡坡脚脚536060度时为坡面圆。度时为坡面圆。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算第四节第四节 软土地基的路基稳定性分析软土地基的路基稳定性分析软软土土是是由由天天然然含含水水率率、压压缩缩性性高高、承承载载能能力力低低的的淤淤泥泥沉沉积积物物及及少少量量腐腐殖殖质质所所组组成成的的土土。其其抗抗剪剪强强度度低低，填填土土后后受受压压，可可能能产产生生侧侧向向滑滑动动或或较较大大的的沉沉降降，从从而而导导致致路路基基的的破破坏坏。较较薄薄时时，原原则则上上清清除除掉掉，软软厚厚时时，采采取取加加固固措措施。施。一、临界高度的计算一、临界高度的计算 软软土土地地基基的的临临界界高高度度是是指指天天然然地地基基状状态态下下，不不采采取取任任何何加固措施，所容许的路基最大填土高度。加固措施，所容许的路基最大填土高度。1 1、均质薄层软土地基、均质薄层软土地基临界高度计算公式见（临界高度计算公式见（4-214-21）；例）；例4-104-102 2、均质厚层软土地基、均质厚层软土地基临界高度计算公式见（临界高度计算公式见（4-224-22）。）。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算二、路基稳定性的计算方法二、路基稳定性的计算方法 软软土土地地基基的的稳稳定定验验算算方方法法采采用用圆圆弧弧条条分分法法，可可分分为为总总应应力法、有效固结应力法、有效应力法等。力法、有效固结应力法、有效应力法等。1 1、总应力法、总应力法计算公式为（计算公式为（4-234-23）；）；2 2、有效固结应力法、有效固结应力法可求任一时间已知固结度的安全系数，计算公式（可求任一时间已知固结度的安全系数，计算公式（4-244-24）第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算第五节第五节 浸水路堤的稳定性分析浸水路堤的稳定性分析浸浸水水路路堤堤除除承承受受自自重重和和行行车车荷荷载载作作用用外外，还还受受到到水水浮浮力力和和渗渗透透动动水水压压力力的的作作用用，水水的的浮浮力力取取决决于于浸浸水水深深度度，渗渗透动水压力则视水的落差而定。透动水压力则视水的落差而定。浸浸水水路路堤堤的的边边坡坡稳稳定定性性计计算算，通通常常亦亦假假定定滑滑动动面面为为圆圆弧弧，最最危危险险的的滑滑动动面面通通过过坡坡脚脚，圆圆心心位位置置的的确确定定与与条条分分法法相相似似。稳稳定定性性计计算算方方法法有有：假假想想摩摩擦擦角角法法、悬悬浮浮法法和和条条分分法。法。一、假想摩擦角法一、假想摩擦角法基基本本特特点点：适适当当改改变变填填料料的的内内摩摩擦擦角角，利利用用非非浸浸水水时时的的常用方法，进行浸水时的路堤稳定性计算。常用方法，进行浸水时的路堤稳定性计算。根据库仑定理，计算得到同一滑动体浸水前后的重力之根据库仑定理，计算得到同一滑动体浸水前后的重力之第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算比比，实实际际上上就就相相当当于于干干与与湿湿的的重重度度之之比比。适适当当改改变变内内摩摩擦擦角角，代代入入有有关关圆圆弧弧滑滑动动面面的的稳稳定定性性计计算算式式，即即可可求求得得稳定系数。此法适用于全浸水路堤。稳定系数。此法适用于全浸水路堤。二、悬浮法二、悬浮法基基本本特特点点：假假想想用用水水的的浮浮力力作作用用间间接接抵抵消消动动水水压压力力对对边边坡坡的的影影响响，即即在在计计算算抗抗滑滑力力矩矩中中，用用降降低低后后的的内内摩摩擦擦角角反反映映浮浮力力的的影影响响，而而在在计计算算滑滑动动力力矩矩中中，不不考考虑虑浮浮力力作作用，滑动力矩没有减小，用以抵偿动水压力的不利影响。用，滑动力矩没有减小，用以抵偿动水压力的不利影响。计算公式见（计算公式见（4-254-25）三、条分法三、条分法该该方方法法的的基基本本原原理理和和计计算算步步骤骤，与与非非浸浸水水时时的的条条分分法法相相同，但土条分成浸水与干燥两部分，并直接计入浸水后同，但土条分成浸水与干燥两部分，并直接计入浸水后第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算的浮力和动水压力作用。此法比前述两种方法更精确。的浮力和动水压力作用。此法比前述两种方法更精确。计算公式为（计算公式为（4-264-26）；）；见例见例4-114-11、4-124-12、4-134-13。第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算第六节第六节 路基边坡抗震稳定性分析路基边坡抗震稳定性分析一、震害与震力一、震害与震力 公公路路工工程程抗抗震震设设计计规规范范 要要求求，对对于于地地震震烈烈度度为为8 8度度或或以以上上的的地地区区，路路基基设设计计应应符符合合防防震震的的要要求求，其其中中包包括括软软基基加加固固、限限制制填填挖挖高高度度、提提高高路路基基压压实实度度、放放缓缓边边坡坡坡坡度度等。等。地地震震时时，对对于于路路基基边边坡坡，水水平平加加速速度度产产生生水水平平力力危危险险性性最最大大，实实践践证证明明，路路基基边边坡坡稳稳定定性性分分析析中中，实实际际采采用用的的地震水平力为式（地震水平力为式（4-294-29）二、边坡抗震稳定性的计算二、边坡抗震稳定性的计算1 1、数解法、数解法首先按非地震地区的路基边坡稳定性分析方法，确定最首先按非地震地区的路基边坡稳定性分析方法，确定最第四章第四章 路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算危险的滑动面，然后再考虑地震的作用力。危险的滑动面，然后再考虑地震的作用力。计算公式（计算公式（4-304-30）；）；例例4-144-14；2 2、图解法、图解法用用力力三三角角形形的的图图解解法法，求求各各土土条条的的法法向向力力和和切切向向力力，具具体体方方法法与与非非地地震震区区的的路路基基稳稳定定性性计计算算基基本本相相同同，但但考考虑虑到地震角的影响，土条重力偏移方向，进行力的合成。到地震角的影响，土条重力偏移方向，进行力的合成。