第5章 路基边坡稳定性分析(路基路面工程)资料

路基路面工程
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
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
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。
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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
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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
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。
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BC
T
D
θ
N Ntgφ
A
ω
cL G
a)
D1 D2 D3
D4
A
ω1 ω2 ω3 ω4
平衡原理，对每个滑动面进行稳定性分析→
找出极限滑动面→稳定性分析（精确，计算
复杂）
直线滑动面法
圆弧法→条分法
图/表解法：在数解法基础上制成图或表格， 用查图/表进行分析→简单，不如数解法精 确
参考以前大量经验与资料，采用工程地质相
工程地质法 → →工程相似性
b)
K
K1 K2
Kmin
K3 K4
ω1 ω2 ω0 c)
ω3 ω4 ω
均质砂性土路堤边坡的稳定分析
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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
K F G cos tg cL
T
G sin
5）绘制K~ω关系
6）求Kmin及对应极限 破裂面。
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3. 均质砂性土路堑边坡
D
B
h
1 ：m T
Ntgφ N
cL G
A ωθ
图 5-3 均质砂性土路堑边坡的稳定分析简图
如图5-3 ，假设楔体ABD沿AD滑动面滑动，取1m长计， 则抗滑动稳定安全系数为：
K F G cos tg cL
T
G sin
取dK/dω=0 求得Kmin和 相应的ω
注：可化简后用数学方法求极限滑动面→稳定性分析。
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
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常用方法：
力学分析法
解析法：假定几个不同的滑动面，根据力学
绘制K～ω曲线； 求Kmin和相应的ω
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5.1.2.2 条分法－粘性土
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 √
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。
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5.1.2.1 直线滑动面法→砂性土
T' M
N
T G
θ
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：
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K T ' G cos tg tg T G sin tg
（5-1）
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。
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4.成层的砂性土边坡
图5-4 成层的砂性土坡的稳定分析简图
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:
n
n
n
Fi N itgi cili
K i1 i1
i 1
n
n
Ti
Gi sin
i 1
i 1
其它分析方法同均质砂性土路堤边坡。
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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
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。
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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。
为保证土坡稳定并具有足够的安全储备，可取 K=1.25~1.5。
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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：
K F G cos tg cL
T
G sin
（5-2）