第四章路基稳定性验算

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式中: H——边坡高度,m; A、B——取决于几何尺 寸的系数,查 表2-1-4-2; c——土的粘结力,kPa; f——土的内摩擦系数,f =tan 。
制表时略去行车荷载,用36°法确定圆心辅助线, 假定滑动面通过坡脚,如图2-1-4-9所示。各个滑动圆弧 的圆心自路基边缘S点开始,取SO1=(0.25+0.4m)H ,其中m为边坡率, H为边坡高度。 自O1起,每隔 0.3H定一点,分 别为O2、O3、 O4、O5。 此时其A、B值 见表2-1-4-2。
图2-1-4-1 滑动面的各种形式 a)填砂性土时;b)填粘性土时;c);地基为软弱土层时;d )边坡为折线时;e)横断面为陡坡时(整体滑动)
二、汽车荷载当量高度计算
目的:计算车辆荷载在路基填士破坏棱体上引起的附加 土侧压力
要求:按车辆最不利情况排列,规定作横向布置,车辆 外侧车轮中线距路面边缘0.5m
6.35
6.50 6.58 6.70
1.82
2.15 2.50 2.80
7.03
7.15 7.22 7.26
1.66Biblioteka Baidu
1.9 2.18 2.45
8.02
8.33 8.50 8.45
1.48
1.71 1.96 2.21
9.65
10.10 10.41 10.10
第三节 陡坡路堤的稳定性验算
陡坡路堤
当路基修筑在陡坡上,且地面横破大于1:2.0或在不 稳固的山坡上,路基不仅要分析路堤边坡稳定性,
4.5H法较精确,求出的稳定系数值较小,此法适 用于验算重要建筑物的稳定性。
辅助线作图角值表
边坡斜度 1 1 1 1 1 1 边坡倾斜角θ 63 45 33 26 18 14 β 29 28 26 25 25 25
表2-1-4-1
β 40 37 35 35 35 36
(2)36°法 此法是一种简化的方法,如图2-1-4-7所示,由E 点作与水平线成36°角的射线EF,即为圆心辅助线 。36°法较简便,但精确度不如4.5H法,若不计汽 车荷载当量高度,计算结果也出入不大。
滑动面通过坡脚时表解法的A、B值
滑动圆弧的圆心 边坡 斜度
1
表2-1-4-2
O1
A B A 2.34 5.79 1.87
O2
B 6.00 A 1.57
O3
B 6.57 A 1.4
O4
B 7.50 A 1.24
O5
B 8.80
1.25
1 1 1
2.64 6.05 2.16
3.04 6.25 2.54 3.44 6.35 2.87 3.84 6.50 3.23
粘性土边坡的滑动面
1.条分法 1)计算公式及步骤 (1)如图2-1-4-5所示,通过坡脚任意选定一个可能的 圆弧滑动面AB,其半径为R。将滑动土体分成若干个垂直 土条,其宽度一般为 2~4m,通常分8~10 个土条,为了计算方 便,分条时,垂直分 条线分别与圆心垂直 轴重合,与不同土层 和边坡交接点及圆弧 滑动面交接点重合。
(3)在一般情况下,当路基填筑的是砂类土时,滑 动面类似于直线平面,在边坡稳定性验算时可采用直线 滑动面法;当路基填筑的是粘性土时,滑动面类似于圆 曲面,在边坡稳定性验算时可采用圆弧滑动面法。 (4)边坡稳定性验算所需土的试验资料为土的容重γ 、内摩擦角φ、粘结力c。 (5)直线滑动面法验算的思路是:先通过坡脚或变 坡点假设一直线滑动面,下滑土楔体沿假设的滑动面滑 动,计算其稳定系数K;然后通过坡脚点,继续假设不 同的滑动面,求出相应的稳定系数Ki值,绘出K=f(α)曲 线,在此曲线上找到最小稳定系数Kmin,并要求不小于 1.25。
还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。
陡坡路堤边坡稳定性分析假定路堤整体沿滑动面下 滑,边坡稳定性分析方法可按滑动面形状的不同分 为直线和折线两种方法。
25
一、陡坡路堤边坡稳定性分析方法 1.直线法 基底为单一坡面,土体沿直线滑动面整体下滑时,可用
直线滑动面法。
K=(Q+P)cosα tgφ +cL/ (Q+P)sinα
如图2-1-4-4a,通过坡脚A点,继续假设几个(3 ~4个)不同的滑动面,按上式求出相应的稳定系数K1 ,K2,K3…等值,并绘出K=f(α )曲线(图2-1-4-4b ),在此关系曲线上找到最小稳定系数Kmin及对应最 危险滑动面时的倾斜角α 0。 为保证边坡稳定性必须有足够的安全储备,稳定 系数Kmin≥1.25,但K值也不宜太大,以免造成工程 不经济。 当路堤填料为纯净的粗砂、中砂、砾石、碎石时:
1.力学验算法包括:直线法、圆弧法和不平衡推力 法三种。 2.工程地质类比法 根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及 其状态的分析研究,通过工程地质条件相对比,拟定 出与路基边坡条件相类似的稳定值的参考数据,作为 确定路基边坡值的依据。 一般情况下: 土质边坡——力学验算法(设计),工程地质类比 法(校核)。 岩石或碎石土类边坡——工程地质类比法。
用图解或表解法进行边坡稳定性验算时,对于折线 形边坡(图2-1-4-3a),一般可取各坡度的算术平均值 ;对于阶梯形边坡(图2-1-4-3b),则取坡角点与坡顶 点的连线。
图2-1-4-3 图解或表解法时的边坡取值 a)折线形边坡;b)阶梯形边坡
第二节 高路堤和深路堑的边坡稳定性验算
路堤边坡高度超过20m时称为高路堤;土质挖方边 坡高度超过20m或岩石挖方边坡高度超过30m时称为深 路堑。 高路堤和深路堑的边坡稳定性验算一般可采用力学 验算法,其基本原理是在边坡上假定几个不同的滑动面 ,按力学平衡原理对每个滑动面进行验算,从中找出最 危险滑动面,按此最危险滑动面的稳定程度来判断边坡 的稳定性。
第二篇 第四章
路基工程
(第一分篇)
路基稳定性验算
教学要求
1.描述需要进行路基边坡稳定性分析和验算的情 况,说明边坡稳定性分析常用的两种验算方法; 2.通过试验确定边坡稳定性验算中所需的土的参 数资料; 3.描述力学验算法、工程地质法的概念及直线滑 动面法、圆弧滑动面法的验算思路,步骤及适用性; 4.描述圆心辅助线的两种确定方法; 5.描述陡坡路堤稳定性验算的思路、步骤及适用 性,会选择路基稳定性的加固措施。
方法:
1.按图排列:
2.计算:
图2-1-4-2 汽车荷载布置示意图
三、边坡稳定性验算的计算参数
1.边坡稳定性验算所需土的试验资料


(1)土的重度γ,KN/m3。
(2)内摩擦角φ (3)黏结力c,KPa。
2.图解或表解法中多层土体验算参数的确定
图解或表解法中多层土的参数的确定:
2.折线滑动面法
计算途中出现En≤0, 则此块剩余下滑力不向下 一块传递;当最终的剩余 下滑力Ez≤0时,判断路 堤为稳定。
二、稳定加固措施
当验算最终一块土体的剩余下滑力Ez≥0时,则路堤 为不稳定,必须采取以下措施,以增加陡坡路堤的稳定 性。 1.改善基底,增加滑动面的抗滑力或减少滑动力
开挖台阶,放缓边坡 清除坡积层,夯实基底
(4)求稳定系数K:
(5)按上述步骤通过坡脚再假设几个可能的滑动圆 弧,分别计算各个滑动面的稳定系数相应的稳定系数K ,从中得出Kmin值。Kmin值所对应的滑动面就是最危 险滑动面。 一般情况下,容许稳定系数〔K〕=1.2~1.5。取值 时可根据土的特性、抗剪强度指标的可靠程度、公路 等级和地区经验综合考虑确定。当Kmin<1.25时,则 应放缓边坡、更换填料,重新按上述方法进行稳定性 验算。
图2-1-4-7 36°法确定圆心辅助线 a)考虑行车荷载时;b)不计行车荷载时
2.表解法 按条分法进行路基边坡稳定性验算时计算工作量较大 ,所以对均质、直线形边坡路堤,滑动面通过坡脚,坡 顶为水平并延伸到无限时,可用表解法进行验算。 如图2-1-4-8所示,稳定系数为: c K fA B H
一、直线滑动面法
直线滑动面法适用于松散的砂土和砂性土(两者合称 砂类土)。 如图2-1-4-4a)所示,验算时先通过坡脚或变坡点假 设一直线滑动面AD,下滑土楔体ABD沿假设的滑动面滑动 ,其稳定系数K按下式计算(按边坡纵向单位长度计):
F G cos tan cL K T G sin
选择较大颗粒填料。
2.加强排水设施 3.设置支挡结构物
可在坡脚处设置石砌护脚、干砌或浆砌挡土墙 等
本 章 小 结
(1)对于高路堤、深路堑、陡坡路堤、浸水路堤以 及地质水文条件特殊地段的路基,应进行边坡稳定性分 析和验算。 (2)边坡稳定性分析和验算方法常用的有力学验算 法、工程地质法两种。在力学验算法中又可分为数解法 、图解或表解法两类。一般土质路基的边坡设计常用力 学验算法进行验算;岩石或碎石土类路基的边坡则常采 用工程地质法进行设计。
(6)圆弧滑动面法验算的思路是:首先用4.5H法作 圆心辅助线,然后通过坡脚选一个可能的圆弧滑动面, 将滑动土体分成若干个垂直土条,利用条分法计算稳定 系数K;再假设几个可能的滑动圆弧,分别计算相应的 稳定系数,在圆心辅助线上绘出稳定系数关于圆心的关 系曲线,找出最小的稳定系数Kmin,并要求不小于1.25 。 (7)陡坡路堤的稳定性验算的思路是:根据路堤可能 滑动的方向,整块或逐块计算剩余下滑力,由最终剩余 下滑力的正负来判断路堤的稳定性。 (8)当陡坡路堤的边坡稳定性验算不足时,可采用的 改善措施有:改善基底,增加滑动面的抗滑力或减少滑 动力;加强排水设施;设置支挡结构物。
2)危险圆心辅助线确定 为了较快地找到最危险滑动圆心,减少试算的工作 量,根据经验,危险滑动面的圆心在一条直线上,该 直线称为圆心辅助线。确定圆心辅助线的方法有4.5H 法和36°法。 (1)4.5H法(如图2-1-4-6所示)
4.5H法的步骤如下: ①由坡脚E向下引垂线并取边坡高度H得F点。 ②自F点向右引水平线并量取4.5H得M点。 ③连接坡脚E和坡顶S,求ES的斜度 i0 1 ,根据i m 由表2-1-4-1查得β 1、β 2的角值。 ④自E点引与ES成β 1角的直线,又由S点引与水平 线成β 2角的直线,两直线交于I点。 ⑤连接M与I,并向左上方延长,即得圆心辅助线 。 ⑥如土仅有粘结力,而 =0,则最危险滑动圆弧 的圆心就是I点;如土除了粘结力之外还有摩擦力,则 最危险滑动面的圆心将随φ 值的增加,而在辅助线上 向外移动。
K
F tan T tan
二、圆弧滑动面法
圆弧滑动面法适用于粘性土边坡。 基本假定:
1.滑动面为通过坡脚的圆柱面; 2.不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响; 3.安全系数为抗滑力矩比滑动力矩。
需解决问题:
1.滑动面位置; 2.安全系数K; 3.最小安全系数Kmin; 4.判断边坡稳定性。
6)特殊地段的路基
一、边坡滑动面分析
路基边坡滑坍,是公路上常见的破坏现象之一,常发生于长期降 雨。 边坡滑坍滑动面的形状与土质有关,一般的形状有: ——平面、曲面,折线直面. ——为简化计算,边坡滑动断面可选用: 直线——砂土及砂性土;圆曲线——黏性土;折线——不同土层 滑动面形状如图所示:
(2)根据每个土条的面积,纵向以单位长度计,计 算出每个土条的土体重Q,引至滑动圆弧面上并分解 为: Ti Qi sin i 切向分力 N i Qi sin 法向分力 式中:为第i条土体弧段中心点的径向线与该点垂线之 间的夹角,。 (3)以圆心O点,半径R,计算滑动面上各力对O点 的滑动力矩。 滑动力矩M滑动=(∑Ti-∑Ti′)R 抗滑力矩M抗滑=(∑Nif+∑cLi)R
主要内容
第一节 概念
第二节 高路堤和深路堑的边坡稳定性验算
第三节 陡坡路堤的稳定性验算
第一节 概述
路基边坡稳定性分析验算,是路基设计的主要内 容之一。
边坡稳定性分析和验算方法: 力学验算法 工程地质法 其中:在力学验算法 数解法 图解或表解法
路基边坡稳定性分析验算,是路基设计的主要内容。 有几种情况须进行设计与验算: 1)边坡高度超过20m的路堤 2)土质挖方边坡高度超过20m路堑 3)岩石挖方边坡高度超过30m路堑 4)陡斜坡路堤 5)浸水的沿河路堤
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