第四章路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)4.1邊坡穩(wěn)定性分析原理與方法4.2陡坡路堤穩(wěn)定性4.3浸水路堤穩(wěn)定性

一.邊坡穩(wěn)定原理第一節(jié)邊坡穩(wěn)定性分析原理與方法靜不定問題靜定問題所作假設(shè)：1）按平面問題處理2）松散土采用直線破裂面法3）粘性土采用圓弧破裂面法并假設(shè)：1）不考慮滑動土體內(nèi)應(yīng)力分布2）平衡狀態(tài)只在滑動面上達(dá)到3）極限滑動面位置通過試算確定4.1.2邊坡穩(wěn)定性分析的計(jì)算參數(shù)1）土的計(jì)算參數(shù)

對路塹或天然邊坡：原狀土的容重、內(nèi)摩擦角、粘聚力

對路堤邊坡：壓實(shí)后土的容重、內(nèi)摩擦角、粘聚力

邊坡由多層土體所構(gòu)成時(shí)：

3）汽車荷載當(dāng)量換算

需按最不利荷載換算當(dāng)量土柱高

4.1.3邊坡穩(wěn)定性分析方法力學(xué)分析法數(shù)解法圖解法或表解法工程地質(zhì)法1）力學(xué)分析法數(shù)解法：假定幾個(gè)不同的滑動面，按力學(xué)平衡原理對每個(gè)滑動面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，從中找出極限滑動面，按此極限滑動面的穩(wěn)定程度來判斷邊坡的穩(wěn)定性。此法較精確，但計(jì)算較繁瑣。直線法：直線法適用于砂土和砂性土土的抗力以內(nèi)摩擦力為主，粘聚力甚小。邊坡破壞時(shí)，破裂面近似平面。圓弧法：圓弧法適用于粘性土，土的抗力以粘聚力為主，內(nèi)摩擦力較小。邊坡破壞時(shí)，破裂面近似圓柱形。圖解或表解法：在計(jì)算機(jī)和圖表分析的基礎(chǔ)上，制定成圖或表，用查圖或查表法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。此法簡單，但不夠精確。表解法：表解法是應(yīng)用圖解和分析計(jì)算的結(jié)果制成的一系列計(jì)算參數(shù)表的邊坡穩(wěn)定性分析方法。用圓弧法進(jìn)行路基邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，計(jì)算工作量較大，對于均質(zhì)、直線型邊坡路堤，滑動面通過邊坡腳，頂為水平并沿伸至無限遠(yuǎn)，可按表解法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。圓弧法邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算圖2）工程地質(zhì)法根據(jù)不同土類及其所處的狀態(tài)，經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐和大量的資料調(diào)查，擬定邊坡穩(wěn)定值參考數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，將影響邊坡穩(wěn)定的因素作比擬，采用類似條件下的穩(wěn)定邊坡值。（一）.力學(xué)分析法1.直線法適用性：適用于砂土和砂性土，土抗力以內(nèi)摩擦力為主，粘聚力很小。路堤：由于砂性土粘聚力很小，可忽略不計(jì)則式（4-5）可表達(dá)為：K＝1時(shí)，滑動面土體處于極限平衡狀態(tài)，此時(shí)路堤的極限坡度等于砂類土的內(nèi)摩擦角，該角相當(dāng)于自然休止角路塹：式中：a0—參數(shù)，

按微分法，當(dāng)dK/dω＝0可求K最小時(shí)破裂面傾斜角ω0值：則：成層砂類土邊坡：如果某一分塊有換算土柱荷載，該分塊應(yīng)包括換算土柱荷載在內(nèi)。穩(wěn)定系數(shù)Kmin應(yīng)大于1.25，但K值也不宜過大，以免造成不經(jīng)濟(jì)。2.圓弧法適用性：邊坡有不同的土層、均質(zhì)土邊坡，部分被淹沒、均質(zhì)土壩，局部發(fā)生滲漏、邊坡為折線或臺階形的粘性土的路堤與路塹。1）.圓弧法的基本原理與步驟基本原理：將圓弧滑動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計(jì)算每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，然后疊加計(jì)算整個(gè)滑動土體的穩(wěn)定性。計(jì)算精度：主要與分段數(shù)有關(guān)，分段越多越精確?；炯俣ǎ阂话慵俣ㄍ翞榫|(zhì)和各項(xiàng)同性；滑動面通過坡角；不考慮土體的內(nèi)應(yīng)力分布及各土條之間相互作用力的影響?；静襟E：（1）通過坡角任意選定可能發(fā)生的圓弧滑動面AB，半徑為R，沿路線縱向取單位長度1m。將滑動土體分成若干個(gè)一定寬度的土條。（2）計(jì)算每個(gè)土條的土體重Gi，Gi可分解為垂直于小段滑動面的法向分力Ni＝Gicosαi和平行于該面的切向分力Ti＝Gisinαi，αi＝sin-1(xi/R)（3）計(jì)算每一小段滑動面上的反力，即內(nèi)摩擦力Nif（f＝tgφi）和粘聚力cLi（4）以圓心o為轉(zhuǎn)動圓心，半徑R為力臂，計(jì)算滑動面上各力對o點(diǎn)的滑動力矩和抗滑力矩?；瑒恿兀嚎够瑒恿兀海?）求穩(wěn)定系數(shù)K值2）.確定極限滑動面

再假定幾個(gè)可能的滑動面，按上述步驟計(jì)算相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)K，在圓心輔助線上繪出穩(wěn)定系數(shù)對應(yīng)于圓心的關(guān)系曲線K＝f（o），在該曲線最低點(diǎn)作圓心輔助線的平行線，與曲線f（o）相切的切點(diǎn)對應(yīng)的圓心為極限滑動面圓心，對應(yīng)的滑動面為極限滑動面，相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)為極限穩(wěn)定系數(shù)，其值應(yīng)在1.25～1.5之間。3）.確定圓心輔助線（1）4.5H法：由坡角E向下引豎線，在豎線上截取高度H=h+h0，得F點(diǎn)。自F點(diǎn)向右引水平線，在水平線上截取4.5H，得M點(diǎn)。連接坡角E和頂點(diǎn)S，求得SE的斜度i0=1/m，據(jù)此查表得β1和β2值。由E點(diǎn)作與SE成β1角的直線，再由S點(diǎn)作與水平線成β2角的直線，兩線相交得I點(diǎn)。連接I和M兩點(diǎn)即得圓心輔助線。（2）簡化的4.5H法：不考慮荷載換算土層厚度h0，即H＝h，斜度i0按邊坡角、坡頂?shù)倪B線AB與水平線的夾角來計(jì)算，其他步驟同（1）。（3）36°法一：由荷載換算土柱高頂點(diǎn)作與水平線成36°角的線EF，即得圓心輔助線（4）36°法二：由坡頂處作與水平線成36°角的線EF，即得圓心輔助線。第二節(jié)陡坡路堤穩(wěn)定性一.陡坡路堤當(dāng)路堤修筑在陡坡上，且地面橫坡度大于1：2.0或在不穩(wěn)固的山坡上時(shí)，路基不僅要分析路堤邊坡穩(wěn)定性，還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。陡坡路堤滑動的幾種可能：◆地面橫坡較陡◆基底土層軟弱◆強(qiáng)度不均勻二.陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法1.直線滑動面法：適用于：基底為單一坡面，土體沿直線滑動面整體下滑。式中：Q—對于以基底接觸面為滑動面者，等于路堤自重；對于以基底以下軟弱面為滑動面者，等于路堤連同其下不穩(wěn)定土的自重；P—路堤頂換算土柱荷載。2.折線滑動面法：當(dāng)滑動面為多個(gè)坡度的折線傾斜面時(shí)，可將滑動面上土體折線段劃分為若干條塊，自上而下分別計(jì)算各土體的剩余下滑力，根據(jù)最后一塊的剩余下滑力的正負(fù)值確定其整體穩(wěn)定性。

式中：Tn—第n個(gè)條塊的自重Qn與荷載Pn的切線下滑力；Nn—第n個(gè)條塊的自重Qn與荷載Pn的法向分力；En-1—上一個(gè)第n-1個(gè)條塊傳遞而來的剩余下滑力。當(dāng)最后的剩余下滑力≤0，認(rèn)為穩(wěn)定。第三節(jié)浸水路堤穩(wěn)定性一.滲透動水壓力的作用河灘路堤除承受外力及自重外，還要承受浮力及滲透動水壓力的作用。由于在土體內(nèi)滲水速度比河中水位升降速度慢，所以當(dāng)?shù)掏馑簧邥r(shí)，堤內(nèi)水位的比降曲線（浸潤線）成凹形；當(dāng)水位下降時(shí)，浸潤線成凸形。當(dāng)路堤一側(cè)或兩側(cè)水位發(fā)生變化時(shí)，水的滲透速度與土的性質(zhì)和時(shí)間有關(guān)。水位驟然下降時(shí)（a圖），由于水位差異，其滲透動水壓力方向指向土體外面，這就劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性，并可能產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡現(xiàn)象。高水位時(shí)（b圖），如路堤兩側(cè)邊坡上水位不一致，會產(chǎn)生橫穿路堤的滲透。粘性土填筑的浸水路堤，必須進(jìn)行滲透動水壓力計(jì)算2）滲透動水壓力的計(jì)算滲透動水壓力可按下式計(jì)算：3）浸水路