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1、2022-5-261第四章第四章路基稳定性分析计算路基稳定性分析计算2022-5-2622022-5-2632022-5-2642022-5-2652022-5-2662022-5-2672022-5-2682022-5-2692022-5-26102022-5-26112022-5-2612 因此，必须对可能出现失稳或已出现失稳的路基进行稳定性分析，保证路基设计既要满足稳定性要求，又要满足经济性要求。2022-5-2613 对滑动稳定问题，力学验算法目前大多根据极限平衡原理，并常用条分法，利用安全系数来判断稳定性。若路基可能或已经出现失稳，则应采取有效的预防或整治措施以避免和减轻各种病害。学
2、习要求如下：1.了解路基稳定分析的基本原理；2.掌握路基稳定分析的常用方法（特别是简单条分法）；3.掌握浸水路堤和软土路基的稳定验算方法。2022-5-2614第一节 概述宁淮高速公路2022-5-2615.第一节 概述宁杭高速公路宁杭高速公路2022-5-2616第一节 概述 1、边坡种类：天然边坡、人工边坡。 边坡：具有倾斜坡面的岩土体。 土坡：具有倾斜坡面的土体。2022-5-2617.第一节 概述天然边坡：江、河、湖、海岸坡山、岭、丘、岗、天然坡2022-5-2618第一节 概述人工边坡：挖方：沟、渠、坑、池填方：堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝露天矿2022-5-2619第一节 概述2
3、、什么是滑坡?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。土坡滑坡前征兆：坡顶下沉并出现裂缝，坡脚隆起。2022-5-2620.第一节 概述2022-5-2621.第一节 概述3、路基失稳的原因：-内部原因（1）土质：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，使原来的强度降低很多。（2）土层结构：如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当下伏土层(或岩层)不透水时，容易在交界上发生滑动。（3）边坡形状：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，当土坡不高时尚可直立，但随时间和气候的变化，也会逐渐塌落
4、。2022-5-2622第一节 概述3、路基稳定性分析的原因：- -外部原因外部原因（1）降水或地下水的作用：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；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因，采用相应的排水措施。（2）振动的作用：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；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。（3）人为影响：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
5、坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。2022-5-2623.第一节 概述3、路基稳定性分析的原因：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。具体原因： （1 1）滑面上的剪应力增加； （2 2）滑面上的抗剪强度减小。2022-5-2624 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式。NQBLh0 汽车荷载的当量换算CDE1:n1:n1:nh1h2h3h4、边坡稳定性分析的计算参数 土的计算参数、（可分层划段，使参数一致，一般采用直接快剪或三轴不排水剪切试验；高路堤时宜采用直接固结快剪或三轴固结不排水剪切试验；软土地基宜采用直接固结快剪或三轴不固结
6、不排水剪切试验）B2022-5-2625试验参数2022-5-2626第一节 概述5、假定1）基本假定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；最危险的破裂面位置通过试算确定。2022-5-2627 2）滑动面的形状均质粘性土：光滑曲面（圆柱面/圆弧）Slope incohesionless soilRupture plane无粘性土:平面非均质的多层土或含软弱夹层的土坡: 复合滑动面第一节 概述5、假定2022-5-2628 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。
7、 路基稳定的分析按其原理不同可分为工程地质法和力学验算法两大类。实际工程中往往是两种方法相辅相成，运用两种方法的分析结果互相核对，以对路基的稳定性做出综合的正确的评价。1)1) 工程地质法工程地质法 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。工程地质法的关键认真、详细的调查和勘察如实反映路段土质及水文状况根据实际情况进行类比分析6 土坡稳定性分析方法2022-5-2629土质路基，土的生成年代、成分、类别、结构构造、密实程度和地下水埋藏情况。岩石路基，岩性、结构构造、风化程度和地下水。路基挖方边坡的坡度常
8、用该法确定。影响挖方边坡稳定的因素很多，对比分析时，应抓住其控制因素，并综合考虑各方面的影响。岩石挖方边坡，了解分析岩体中结构面情况结构面对坡体稳定性的影响程度取决于如下因素：结构面的延伸性及其规模、结构面的形状和密集程度、结构面的充填及胶结情况、结构面的产状和组合结构面与边坡面的关系2022-5-2630 当结构面走向与路线的夹角小于40且倾向路线，同时有地下水浸润时，很容易产生顺层滑坍。此时挖方边坡受结构面控制，可通过调查分析和力学验算来判断其稳定性。2) 力学验算法 路基边坡失稳，多表现为岩土体失去力学平衡而沿某一剪切破坏面产生滑动。路基的稳定分析和验算，通常根据极限平衡原理，采用极限平
9、衡法（或称安全系数法）。极限平衡法是近似将岩土体看成刚塑性材料，通过计算路基边坡在滑动破坏面上达到极限平衡时的安全系数，以判断其稳定性的方法。其基本假定如下：（1）滑动体内部应力不计；（2）极限平衡只在滑动面上达到，滑动体成整体下滑；（3）极限滑动面位置通过试算确定。2022-5-2631破坏面常有两种情况破坏面为已知，如各种地质界面等破坏面为未知，如均质土坡的滑动面等 对于第二种情况，常用试算法来确定最危险滑动面。最危险滑动面所对应的安全系数为最小。极限平衡法的分析方法大致可分为两类:直线法，适用于砂性土条分法，适用于粘性土2022-5-2632第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析一、试算法
10、砂性土的内聚力很小，边坡失稳时的滑动面近似于平面，分析时简化为直线滑动面。深路堑深路堑2022-5-2633Q滑动体的重力。当C=0时，K=tgtg2022-5-2634二、解析法 令滑动面长为L，则公式（42）转化为下式： 又有利用上式，可求坡角安全值或反算填土限制高。参见P75 例41，42sincotsin111QcLfGlctgNKniininiiiiicsc)(2cot)2(min:csccotcot0/2sin)sin(sin2cot)sin(sin21afafaKafaddKaHcHcfKHLQ，最后可得得：，取令，可得：2022-5-26352022-5-2636第三节第三节
11、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 适用范围1. 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。2. 圆弧法适用于粘土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。2022-5-2637分析方法分析方法（条分法）（条分法）2022-5-2638粘性土具有显著的内聚力，而内摩擦力较小，土坡破坏时滑动面多为曲线形，而并非简单的直线滑动面。对粘性土坡的稳定分析，常用的方法是假设某一滑动面后，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。条分法。1.1. FelleniusFellen
12、ius 法法是瑞典工程师费伦纽斯（W.Fellenius）首先提出的，又称瑞典法或简单条分法，还称为分段法。考虑到粘性土坡破坏时的滑动面通常近似于圆曲面，故假定滑动面为一圆弧面，且不考虑条间力的作用。一、圆弧滑动面的条分法一、圆弧滑动面的条分法2022-5-26392022-5-2640基本思路基本思路2022-5-26412022-5-2642瑞典圆弧滑动条分法总示意图瑞典圆弧滑动条分法总示意图2022-5-26432. 2. 简化简化BishopBishop（毕肖普）法毕肖普）法图5-6 Bishop法分析图 2022-5-26442022-5-26452022-5-2646公路路基设计规
13、范验算方法公路路基设计规范验算方法2022-5-2647公路路基设计规范验算方法公路路基设计规范验算方法2022-5-2648公路路基设计规范验算方法公路路基设计规范验算方法2022-5-2649方法1 1.由坡脚E向下引高度为H（H=填土高+换算土柱高）的竖线，得出F点；2.由F点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得M点；3.连接坡脚E与顶点S，并求出SE的坡率1：m；4.根据1：m的值查表4-1得出1和2；5.由E点引与SE成1角的直线，又由顶点S引与水平面成1角的直线，两直线交于I点；6.接连MI，该直线即为滑动圆弧圆心辅助线。7.如果路堤填料仅具有粘聚力，则圆心即为I点，如果路堤填
14、料除粘聚力外尚具有摩擦力，则滑动圆弧的圆心将随内摩擦角的增大而向外移（离开路堤）。确定滑动圆弧圆心辅助线方法确定滑动圆弧圆心辅助线方法2022-5-2650方法2 与方法1相似，不同之外仅在于H的高度不包括换算土柱，SE的坡率1：m直接由坡顶与坡脚的连线求得。方法3 滑动圆弧圆心辅助线为与换算土柱高顶点E处水平线成36角的EF线。方法4 滑动圆弧圆心辅助线为与坡顶E点处水平线成36角的EF线。2022-5-2651通过坡脚最危险滑动圆弧的各有关角值（=0 粘土边坡）边坡坡率 1：m边坡倾斜角121:0.51:0.751:11:1.251:1.51:1.751:21:2.251:2.51:31:
15、41:563265318450038403341294526342358214818261403111929302928272626252525252525403937353035353535353535352022-5-26523.3.不平衡推力法不平衡推力法2022-5-2653不平衡推力法假定各土条间推力Pi（即水平力Ei和竖向力V的合力）的作用方向平行于上侧土条滑动面的倾角。由土条滑动面上切向力平衡条件得到再由土条滑动面上法向力平衡条件得到2022-5-26542022-5-2655公路路基设计规范要求公路路基设计规范要求路堤稳定安全系数要求2022-5-2656路基稳定验算程序与步骤
16、路基稳定验算程序与步骤 1.根据路基土质和可能出现的滑动面形状，选择分析计算方法；2.考虑坡体的工作条件，选取滑动面上的抗剪强度指标，求算安全系数；3.将每种荷载组合下求得的最危险滑动面的安全系数与规定的容许值比较，以判断路基是否稳定。荷载组合荷载组合 通常考虑主要组合、附加组合和地震组合三种情况：1主要组合，滑动坡体的重力、汽车荷载、常水位时的浮力（对浸水路基而言）。2附加组合，将主要组合中的汽车荷载改用平板挂车或履带车，或者考虑在最不利时的浮力和渗流力。3地震组合，滑动坡体的重力、地震力及常水位条件下的浮力。4对各种荷载组合，应根据路基工作条件依次进行验算，各种组合下均满足要求时才可认为路
17、基是稳定的。2022-5-2657竖向土条划分竖向土条划分1.应选择滑动面的形状和土质变化处作为土条划分的界限，以便分析计算。2.对于圆弧滑动面，土条宽度一般取26m，土条数取10左右，过少则精度差。各土条的自重按其面积乘以土的重度求得。3.对由多层土组成的土条，应分层计算其重力，然后相加得土条的总重。车辆荷载的换算车辆荷载的换算1.路基稳定验算时，须将车辆荷载按最不利情况排列，并应换算成当量土柱高，再计入土条面积内一起进行重力计算。2.换算土柱高可按宽度布置在行车部分范围内；或者考虑到路肩上有可能驶入或停歇车辆，而分布在整个路基宽度上。3.车辆荷载按下式换算为土柱高h0（m）。 BlnGh0
18、2022-5-2658lbbde/2Be/2图4-8 汽车荷载的最不利布置2022-5-2659二、圆弧滑动面的解析法圆弧滑动面的解析法1.1.坡脚圆坡脚圆 高塑性土的内摩擦角很小，路基边坡稳定性验算时取为0。若坡顶为水平面，圆弧滑动面通过坡脚，称为坡脚圆 参见P81，解析法分析过程。 得2.2.中点圆中点圆 概念概念 与坡脚圆、坡面圆的区分标准与坡脚圆、坡面圆的区分标准 稳定因素，绘制图稳定因素，绘制图4-184-18，参见教材，参见教材P86P86 ),(10fHc2022-5-2660地震力的计算地震力的计算1.地震震动可分为竖向和水平两种，一般情况下竖向震动对路基的危害比水平震动要小得
19、多，可略去不计，只考虑垂直路线走向的水平地震力；2.分析时将路基在地震作用下的动力反映采用等效静力来替代；3.作用于路基计算体重心处的水平地震力Q按下式求得： 土工参数的选取土工参数的选取滑动体的重度、滑动面上的抗剪强度指标c和等，是路基稳定验算时必需的土工参数。路基处于复杂多变的自然环境中，其稳定性随着土的性状的改变而变化。测定土的物理力学指标时，取样、试验条件和方法应尽量同路基的实际工作情况一致。WKCCQhzi（5-16）2022-5-26611.挖方路基和天然坡体，应考虑最不利的湿度状态和受力状态等因素取原状土样的试验数据；2.填方路基，则宜取压实土样的试验数据；3.土的重度可通过试验
20、或凭经验确定，其取值变化范围较小，对坡体稳定性分析的结果影响不大；4.路堤稳定分析，宜采用快剪指标；5.挖方边坡和天然坡体的稳定分析，则可采用固结快剪或快剪指标；6.抗剪强度指标的测定，应根据适当的试验及经验数据，并考虑实际可能发生的最不利条件，进行综合分析后确定。2022-5-2662公路工程线长面广，沿线地质、水文条件复杂多变，受多种因素制约，线路不可避免要穿越软土区；软土特点是细粒土组成的空隙比大（e1）、天然含水量高（wwL ,大于3050%）、压缩性高（a1-20.5Mpa-1）、强度低（Cu30Kpa）和具有灵敏结构性的土层。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
21、性分析2022-5-2663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土鉴别指标如下：2022-5-2664软土分布：软土分布：沿海地区、内陆湖泊和河流谷地分布着大量淤泥、淤泥质粘土等软土。软土分类：软土分类：河海沉积湖泊沉积江滩沉积沼泽沉积2022-5-2665主要病害在软土地基上修建高速公路会遇到路基不稳定、沉降过大及不均匀沉降等问题且工程性质恶劣，尤其在振动荷载的作用下，易产生侧向滑移及蠕变，对路基、构筑物的影响较大。2022-5-2666一、临界高度的计算一、临界高度的计算主要措施:薄层软土原则上清除换土厚层软土- 稳定分析,达到要求; 加固措施;采用其他结构物-
22、修筑桥梁2022-5-26671.匀质薄层软土地基 此时圆弧滑动面与软土层面相切，则 （421），通过试算可得到关于临界高度的值。P87,例4-102.匀质厚软土地基由于d值很大，在图4-18中可知，取Nw=5.52,故有 （4-22） ，鉴于土的容重一般为17.519.5KN/m3,所以可取 二、路基稳定性的计算方法二、路基稳定性的计算方法WcNcHcHc52.5cHc3 . 02022-5-26682022-5-26692022-5-26702022-5-26712022-5-26722022-5-2673 软土地基处治设计包括稳定处治设计和沉降处治设计稳定处治设计和沉降处治设计，当计算的
23、稳定安全系数小于上表规定时，应针对稳定性进行处治设计；当路面设计使用年限（沥青路面15年、水泥混凝土路面30年）内的残余沉降（简称工后沉降）不满足下表的要求时，应针对沉降进行处治设计。 大量的实践证明，安全系数与所采用的计算方法及采用的抗剪强度指标有关，也就是说对不同的设计计算方法和强度指标应该采用不同的安全系数。本条中稳定安全系数容许值考虑了固结度的因素，实际上是对施工期和营运期给出了不同的安全系数。2022-5-2674 季节性或长期浸水的河滩路堤、沿河路堤和桥头引道等，其下部遭受短期或长期的水淹没，称为浸水路堤。浸水路堤除承受车辆荷载和自重外，浸润线以下的土体还要受到水的浮力和渗透动水压
24、力的作用，路基土的抗剪强度指标也会下降。一一 动水压力的作用和计算动水压力的作用和计算 对浸水路基，在静水位以下浸水部分，土体要受到水的浮力作用，因此在计算土的自重时，浸水部分应采用浮重度。浮重度，浮重度，浸水土体单位体积中土颗粒的重量扣除水的浮力以后的有效重量。动水压力，动水压力，渗流过程中水对单位体积土体中土颗粒的压力。第五节第五节 浸水路堤稳定性验算浸水路堤稳定性验算2022-5-2675浸水路堤及水的浸润曲线 浸水路堤是指受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等。 浸水路堤的水的浸润曲线由于土体内渗水速度远慢于河水，因此，当堤外水位升高时，堤内水位的比降曲线（即浸润线）成凹形，当堤外
25、水位下降时，堤内水位的比降曲线成凸形。2022-5-26762022-5-2677水位上升时，水从路堤边坡的两侧或一侧渗入路堤内，水位下降时，水从堤身内向外渗出。由于水在堤内土体中的升降速度较慢，其浸润曲线的形状将随水位的升降而有所不同。水位上升，土体内的浸润曲线比边坡外水位低，经一段时间后，才与边坡外水位相同。如土具有毛细作用，土体内的浸润曲线可继续上升至一定高度，此时土体除承受竖直向上的浮力的作用外，还受到渗透动水压力的作用，其作用力方向指向土体内部，有利于路堤的稳定。当堤外水位下降时，土体内部的水分流出边坡外需要较长时间，由于水位的差异，其渗透动水压力的方向指向土体外部，将破坏路堤边坡的
26、稳定性，产生边坡凸起或滑坡现象。渗透水流还能带走路堤中的细小土粒而引起路堤的变形。路堤两侧水位不同时，将产生横穿路堤的渗透，即使是水位相差很小，也应考虑。用砂砾、卵石、片石等完全透水材料填筑的路堤，可不计算动水压力；用完全不透水材料填筑的路堤也可不考虑动水压力的作用，但用一般粘性土（不包括渗透性极小的纯粘土）填筑的浸水路堤，必须进行渗透动水压力计算。2022-5-26781）浸水路堤的受力:自重、行车荷载、浮力渗透动水压力。2）浸水路堤的不利时刻：涨水？、落水？3）土的渗透性：由于土中含有空隙，在水位变化过程中伴有土中含水量的变化。对砂性土渗透性好，动水压力较小；对黏性土渗透性不好，动水压力也
27、不大；对亚砂土、亚黏土具有一定的渗透性，动水压力较大，边坡容易失稳。2022-5-2679水位急速上升时，浸水路堤的浸润曲线下凹，土体除承受竖向的向上浮力外，还承受渗透动水压力的作用，作用方向指向土体内部，有利于土体稳定，经过一定时间的渗透，土体内水位趋于平衡，不再存在渗透动水压力。水位骤然下降时，浸水路堤的浸润曲线上凸，渗透动水压力的作用方向指向土体外，这将剧烈破坏路堤边坡的稳定性，并可能产生边坡凸起和滑坡，不利于土体稳定，但经过一定时间的渗透，土体内水位也会趋于平衡，不再存在渗透动水压力。浸水路堤边坡稳定的最不利情况一般发生在最高洪水水位骤然降落的时候，此时渗透动水压力指向路基体外。渗透动
28、水压力对浸水路堤的作用2022-5-2680RNbiDI如图，动水压力D作用于浸润线以下滑动土体的重心，方向与平均水力坡降I平行，大小按（5-17）式计算；在均质且各向同性的土体中，渗透动水压力是沿水流的方向作用的，与位移面成正交，且通过形心。图5-9 渗透动水压力计算图wIAD（5-17）2022-5-2681二二 浸水路堤边坡稳定性验算浸水路堤边坡稳定性验算浸水路堤的稳定性，应按路堤处于最不利的情况进行验算。浸水路堤边坡的破坏通常发生在最高洪水位骤然降落的时候，验算原理和方法与普通路堤边坡稳定性验算相同，但应考虑浮力和渗透动水压力的作用，对浸水与未浸水部分的土体分别计算。稳定安全系数不应小
29、于1.25。当考虑水位升降变化并同时考虑地震的作用影响时，稳定安全系数不应小于1.051.15。浸润线将土楔体分成两部分，浸润线以上为天然湿度的土，浸润线以下为饱和土，计算时应采用不同的重度指标。土的渗流水力坡降与土的渗透性有关。rDTTRLcLcNfNfRMMKBCBBCcBBCc滑抗（5-18）2022-5-2682渗水路堤的边坡稳定性计算方法渗水路堤的边坡稳定性计算方法2022-5-26832022-5-26842022-5-2685措施2022-5-2686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2022-5-26872022-5-26882022-5-2689削坡，
30、削坡，挖方边坡的坍塌范围不大，可清除塌方削坡减缓坡度。削坡时不要过多切割坡底部的支撑部位，以免引起坡体失稳。减重，减重，滑动范围大且滑动面上陡下缓时，应将其顶部的土石挖除，减小下滑推力，切忌在底部坡脚处刷方（见图4-13）。减重弃方的土体应堆填在滑动体的抗滑部位，以提高稳定性。反压，反压，软土地基上的路堤失稳，可在原堤脚处加设反压护道。排水防护，排水防护，设置良好的地面和地下排水系统，做好拦截、疏干和排除滑动区域内外的地表水和地下水的工作，并采取防护措施以防止地表水渗入坡体或冲陶坡脚。支撑，支撑，在滑动体底部设置抗滑片石垛、抗滑挡土墙等支挡结构物，可以增加坡体的稳定性，阻止滑动体的下滑。也可将抗滑桩埋入稳定的地层中，依靠桩的锚固作用来支撑滑动体。支挡结构物与排水、减压等措施配合使用，效果更好。加固，加固，易滑动或已出现滑动迹象的坡体，可采用化学灌浆、加筋等加固措施，以获得良好的稳固效果。
