I某高速公路工程邊坡設(shè)計及穩(wěn)定性驗算計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u11215某高速公路工程邊坡設(shè)計及穩(wěn)定性驗算計算案例 144971.1填土材料的選擇 1256591.2填土的斜率 266291.3持久設(shè)計狀況下計算安全系數(shù) 329521.4短暫狀況與偶然狀況下計算安全系數(shù) 121.1填土材料的選擇石質(zhì)土，如我國常見的碎石土、砂礫石和礫砂（粉土或粘土），為較好的粗粒土，其中粗、細(xì)砂質(zhì)粉土、細(xì)粒土中的輕、重粉質(zhì)粘土均具有較高的安全強(qiáng)度和足夠大的水穩(wěn)定性，是良好的路基填料。因此，項目中這一段的路基可以選擇粉土作為此次邊坡的路基填料。1.2填土的斜率根據(jù)《邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中的3.1.4條可知，因為斜坡的上面不存在要緊的建筑物，施工現(xiàn)場有放坡的條件，所以我們即將要用坡率法來解決這個問題，同時并規(guī)定對于土質(zhì)邊坡，高度不可以大于10m，因為填土的平均高度為26m，所以可分為3端分別是10m，8m，8m，來設(shè)置斜坡，每段之間設(shè)置一個平臺。邊坡的坡率可以按下表來確定。表3.1路堤邊坡坡率填料類別邊坡坡率頂上高度（H≦8米）下面高度（H≦12米）細(xì)粒土1:1.51:1.75粗粒土1:1.51:1.75巨粒土1:1.31:1.5粉砂屬于粗粒土，一級坡不應(yīng)陡于1:1.75，高度為10m，小于12m，所以可以取一級坡的斜率為1:1.75,二級坡為8m，根據(jù)表可得出應(yīng)不陡于1:1.5,所以二級坡的坡率可以取1:1.5。由于邊坡較高，所以可以采用上陡下緩的邊坡，所以第三級邊坡比第二級更陡，可以取1:1.3，中間的平臺應(yīng)不小于1m,所以經(jīng)過計算可以取1.5m。所以經(jīng)過上面的分析，以及路基材料的選擇，選擇合適的斜率和平臺寬度，通過軟件的繪制可以得到此時的填方邊坡的平面示意圖，如圖3.1所示。圖3.1邊坡平面示意圖1.3持久設(shè)計狀況下計算安全系數(shù)土坡穩(wěn)定系數(shù)是指整個滑動面上土體的抗剪強(qiáng)度TF與實(shí)際產(chǎn)生的剪應(yīng)力t之比，即k=TF÷t?？紤]到各土條兩側(cè)之間的作用力，用畢肖普法計算邊坡的安全系數(shù)比較容易，這個方法一定會比也是圓弧滑動法的瑞典條分法更為合適也較為準(zhǔn)確。持久狀況是最危險的情況，也是邊坡大部分時間處在的情況，應(yīng)該從持久狀況的計算開始進(jìn)行，這一會兒計算出的安全系數(shù)從理論上講應(yīng)該不低于1.35.然后當(dāng)項目進(jìn)行到可能潛在的危險滑面的計算時，可以很穩(wěn)定地采用圓弧的滑動法，用圓的一部分即圓弧把我們即將要分析的邊坡按計算要求分成20個條塊，按照方法中的要求劃分條塊，其中的一個條塊的分析示意圖如下面的圖片中的一樣，安全系數(shù)法也可用于計算滑動面上的滑動力之和、滑動面上的抗滑力之和、滑動力矩和抗滑力矩。最后，通過一系列的分析得出安全系數(shù)。圖3.2Bishop法示意圖簡化的Bishop方法中，假設(shè)條帶之間不存在力Xi。Ni和Ti分別為土條底部的總法向應(yīng)力和切應(yīng)力，該方法的求解條件是滿足力矩平衡方程和垂向力平衡方程的要求然后可以根據(jù)安全系數(shù)的定義以及摩爾庫侖定律通過以下公式的連續(xù)迭代計算安全系數(shù)FS[15]：其中：ui條塊的孔隙水壓力式（3.1）Ci,φ巖土體強(qiáng)度參數(shù)有效值Wi條塊重量αi各條塊滑面端的傾斜角度Bi條塊的水平寬度此時可以利用此公式對個滑面計算安全系數(shù)，求出潛在危險滑面的安全系數(shù)，進(jìn)行驗算，根據(jù)圓心和半徑的不同可分為514個滑面，最終可以得到潛在危險滑面的安全系數(shù)：Fs=1.03，小于1.35并不能滿足安全系數(shù)的要求。其中最危險滑面的平面圖示意圖可以用Geo5巖土軟件來繪制，即為潛在危險面平面示意圖3.2制作，圖此軟件由南京庫侖公司，它有著非常好的人機(jī)互動，既可以通過將繪制好的CAD圖導(dǎo)入軟件形成多段線，也可以自己繪制，可以手動輸入巖土材料的系數(shù)，還會細(xì)心地為你提供各項系數(shù)的范圍，最后對區(qū)域進(jìn)行指定材料，這樣就非常適合區(qū)域并不規(guī)則的情況。除此之外，對于本項目邊坡穩(wěn)定性分析，軟件也提供了很多的方法，可以自由選擇，非常方便。表3.2潛在危險滑面數(shù)據(jù)項目圓心圓弧的角度數(shù)據(jù)X=22.87mZ=636.22m,R=38.58mα1=-35.98度，α2=83.45度圖3.3潛在危險面平面示意圖圖中可以看出，危險滑動面通過軟弱地層，使軟弱地基承載力不足，導(dǎo)致軟弱地基失穩(wěn)，因此有必要加固地基。除此之外對于此危險滑面還可以采用安全系數(shù)法進(jìn)行驗算，利用如下公式（式3.2）進(jìn)行驗算： 式式式式式其中：Ma傾覆力矩Mp抗傾覆力矩SFs安全系數(shù)圖3.4受力分析圖因此，通過對滑動面的受力分析，受力分析圖如上圖所示，所得數(shù)據(jù)如下表所示，表3.3力的計算表序數(shù)nWn()Mn,W(

kNm/m)Nn()Tn()Mn,T(

kNm/m)165.11-1431.57158.33118.904693.102232.53-4383.58339.06136.505387.703430.68-6768.19538.20157.926233.104608.71-7656.78701.44175.836940.045767.84-7250.13837.99191.177545.31續(xù)表3.36908.27-5727.33953.22204.468070.0571032.58-3272.641053.38216.428542.0381130.02-37.191130.21225.948917.8991187.543685.561172.95231.649142.85101274.717954.131252.11242.529572.85111342.8912591.471320.70252.639971.25121394.1317444.531382.26262.5210361.60131427.1822334.241437.10272.3710750.47141405.3626400.651447.96277.6810960.10151421.9431171.861504.03309.0812199.49161421.2435614.321271.53691.7027301.30171376.9138821.901235.81717.7628329.93181244.3138986.061161.67679.3326813.0519927.7931978.83922.91551.3021759.8220370.2513923.12389.42275.9110890.32由上表可知，當(dāng)采用安全系數(shù)法來計算時，在該滑面下的力的總和為：滑面上下滑力的總和：Fa=6191.52滑面上抗滑力的總和：Fp=6398.08下滑力矩：Ma=244379.30kNm/m抗滑力矩：Mp=252532.39kNm/m可以得到此滑面的安全系數(shù)為1.03<1.35在此滑面下邊坡的穩(wěn)定性不滿足要求。但是當(dāng)危險滑動面不經(jīng)過軟弱地層時，計算此時的滑面在持久狀況下的安全系數(shù)，滑面的數(shù)據(jù)如表3.4所示，此時的平面示意圖如圖3.5所示表3.4滑面數(shù)據(jù)項目圓心圓弧的角度數(shù)據(jù)X=17.31mZ=675.69m,R=66.83mα1=-4.9度，α2=49.02度圖3.5未穿過軟弱地層的滑面示意圖計算此時的安全系數(shù)，通過式3.1和式3.2計算出的數(shù)據(jù)如表3.5所示。表3.5滑面計算表滑面上下滑力的總和:Fa=3221.24kN/m滑面上抗滑力的總和:Fp=4801.09kN/m下滑力矩:Ma=215265.4kNm/m抗滑力矩:Mp=320841.4kNm/m通過數(shù)據(jù)表由式3.2可以得出安全系數(shù)為1.49大于1.35，說明在此滑面持久狀況下是滿足穩(wěn)定性要求的。又當(dāng)滑面不經(jīng)過路面也不經(jīng)過軟弱地層時，計算此時的滑面在持久狀況下的安全系數(shù)，檢驗是否滿足穩(wěn)定性要求，滑面的數(shù)據(jù)如表3.6所示，滑面平面示意圖如圖3.6所示。表3.6滑面數(shù)據(jù)項目圓心圓弧的角度數(shù)據(jù)X=4.5mZ=671.50m,R=62.95mα1=6.13度，α2=48.62度圖3.6滑面平面示意圖計算此時的安全系數(shù)，通過式3.1和式3.2計算出的數(shù)據(jù)如表3.7所示表3.7滑面計算數(shù)據(jù)滑面上下滑力的總和:Fa=903.91kN/m滑面上抗滑力的總和:Fp=1344.81kN/m下滑力矩:Ma=56899.91kNm/m抗滑力矩:Mp=84653.45kNm/m通過數(shù)據(jù)表由式3.2可以得出安全系數(shù)為1.49大于1.35，說明在此滑面持久狀況下是滿足穩(wěn)定性要求的。因此，雖然當(dāng)不經(jīng)過軟弱地層和平臺時以及不經(jīng)過軟弱地層但經(jīng)過平臺時的安全系數(shù)滿足在持久狀況下的要求，但是當(dāng)通過軟件搜索出的最危險滑面即第一個例子小于1.35，又因為邊坡下的地基由黏土和粉質(zhì)粘土組成，是軟弱地基。有必要加強(qiáng)基礎(chǔ)，形成復(fù)合地基，提高地基承載力，提高邊坡的穩(wěn)定性，使安全系數(shù)滿足要求。1.4短暫狀況與偶然狀況下計算安全系數(shù)在短暫狀況和偶然狀況下進(jìn)行分析，短暫狀況下要求安全系數(shù)大于1.25，而偶然狀況則要求要大于1.15，通過軟件分析，得出邊坡的最危險滑面參數(shù)如表3.8所示，此時滑面的平面示意圖如圖3.7所示。表3.8滑面數(shù)據(jù)項目圓心圓弧的角度數(shù)據(jù)X=22.87mZ=636.22m,R=38.58mα1=-35.98度，α2=83.45度圖3.7危險滑面示意圖圖中滑面經(jīng)過路面和軟弱地層，此時的滑面經(jīng)搜索為最危險滑面，計算此時的安全系數(shù)，通過式3.1和式3.2計算出的數(shù)據(jù)如表3.9所示，即計算出滑面上下滑力的