第5章-路基边坡稳定性分析路基路面工程.ppt

第5章　路基边坡稳定性分析 本章内容 对于道路特殊路段，路基边坡滑坍是常见破坏现象之一。本章首先介绍路基边坡稳定分析的原理和几种常用稳定分析方法，然后介绍如何具体应用于浸水路堤和高路堤的稳定性验算，并对路基失稳的防治措施作简要介绍。 5.1　边坡稳定性分析原理与方法 5.2　陡坡路堤稳定性 5.3　浸水路堤稳定性 5.4　路基失稳的防治措施 学习要求如下： 了解路基稳定分析的基本原理； 掌握路基稳定分析的常用方法； 掌握浸水路堤和陡坡路堤的稳定验算方法； 能正确选用路基失稳的防治措施。 路基的崩塌、坍塌、滑坡、滑移或沉落等失稳现象统称为路基边坡滑坍。 通常表现：岩土体因失去侧向和竖向支撑而倾倒，或者沿某一剪切破坏面（软弱面）滑动及塑性流动。 原因： 路堑：自然平衡条件被破坏； 路堤：水流冲刷/边坡过陡/地基承载力过低。 边坡滑坍是公路工程中常见的一种破坏现象，它直接影响行车安全甚至阻塞交通。 目前常用的路基边坡稳定性分析方法有两种： 力学验算法 工程地质法 常用方法： 参考以前大量经验与资料，采用工程地质相近的已有边坡的稳定性边坡来分析→经验法，类比法→工程相似性 5.1 路基边坡稳定性分析原理与方法 路基能否稳定，不仅取决于路基的断面形状和尺寸（边坡坡度和高度等），而且还受岩土性质、荷载、排水条件、气候、地震等诸多环境因素的影响。 5.1.1 工程地质法 工程地质法，对照当地具有类似工程地质条件而处于极限稳定状态的自然山坡和稳定的人工边坡，以判别路基是否稳定的一种类比经验法。 　　路基挖方边坡的坡度常用该法确定；结构面与边坡面的关系是其中最重要的因素。 5.1.2 力学分析法 A）滑动面形状的讨论： 1）粘性土：粘聚力C大，内磨擦角ψ小→抗力以粘聚力为主→破裂面近似圆柱形或碗形→圆弧形破裂面 2）砂性土：粘聚力C小，内磨擦角ψ大→抗力以内磨擦力为主→破裂面近似平面→直线破裂面 　　B）对滑动稳定问题，力学验算法目前大多根据极限平衡原理，通常采用条分法，利用安全系数来判断稳定性→极限平衡法/安全系数法。 　　极限平衡法：近似将岩土体看成刚塑性材料→假定几个可能的滑动面→力学平衡→每个滑动面边坡稳定性分析→找出极限滑动面→通过计算路基边坡在极限滑动面上达到极限平衡时的安全系数→判断其稳定性的一种方法 Ｋ∈（1.25，1.5）。 　　C）其基本假定如下： 平面问题假设 滑动体为刚性楔体 滑动体内部内应力不计 极限平衡只在滑动面上达到→极限滑动面 注：极限滑动面要通过试算来确定。 1.均质的无粘性土或完全干燥的砂性土边坡 无粘性土或完全干燥的砂性土土粒间只有摩擦力而无内聚力，因此只要坡面上的土颗粒不滑动，土坡就能保持稳定。如图，分析土坡面上任意土颗粒M的受力，将抗滑力与滑动力的比值定义为稳定安全系数，则： 结论：θ=φ→K=1 →土坡处于极限平衡状态→无粘性土边坡的稳定极限坡角等于土的内摩擦角→称为自然休止坡角，用 θcr表示（θcr=φ）。 特点：无粘性土坡的稳定性与边坡高度h无关，仅取决于坡角θ： 坡角θ＜φ →土坡总是稳定的； 如果θ＞φ →即使坡高h 很小，土坡也会失稳。 为保证土坡稳定并具有足够的安全储备，可取K=1.25~1.5。 2. 均质砂性土路堤边坡 均质砂性土内聚力虽然较小→但不为0 →不可忽略。 假设直线滑动面为AD，取1m堤长计，分析滑动楔体ABD的受力，计算抗滑动稳定安全系数： 最危险滑动面/极限滑动面未知的→先假定3~4个可能的滑动面→求出其相应的K值→绘出K ~ ω关系曲线→作其水平切线以得到 Kmin和相应的ω0 →与之对应的滑动面即为最危险滑动面/极限滑动面。 分析步骤： 1）路堤断面图 2）荷载换算 3）假定可能滑动面 4）滑动体静力分析 5）绘制K~ω关系 6）求Kmin及对应极限破裂面。 3. 均质砂性土路堑边坡 4.成层的砂性土边坡 　　用竖直线将滑动楔体划分为若干条块，使每一条块的滑动面位于一种土层内。取1m长计，土坡稳定安全系数: 其它分析方法同均质砂性土路堤边坡。 基本原理：对粘性土坡的稳定分析，假设某一滑动面，用若干个竖直面将滑动范围的土体进行竖向分条，对每个竖向土条进行力学分析，从而分析坡体的稳定性，这种方法称为条分法；常用方法有： Fellenius 法 Bishop法 传递系数法 √ 注： 条分法计算精度与分段数有关，一般分8～10段 如图5-5，设圆弧滑动面的圆心为O点，半径为R。取1m坡长计算，当各土条同时达到极限平衡时，由整个滑动楔体绕O点转动的力矩平衡→稳定性系数： 主要分析步骤： 1）路堤断面图 2）荷载换算 3）假定可能滑动面－圆弧面（圆心辅助线） 4）划分土条（8～10） 5）各土条