路基边坡稳定性分析

若 k=1时，极限平衡态
k>1时，稳定态 k<1时，不稳态 考虑到滑动面的近似假定，c、φ土工试验局限性及气候环 境因素，为保证边坡稳定性有足够安全储备。kmin≥1.201.25，但kmin不宜过大，以免造成工程不经济。
2）不纯净的均质砂类土路堑边坡（解析法）
对于均质砂、砾类土的路堑，边坡稳定性验 算是通过求临界角ω来确定承受最大应力的最危 险破裂面。（P107）
（包括路面、路肩的宽度）。
3、直线滑动面(Slip Surface)的验算法
1）填方边坡（试算法） 如下图，土楔体沿破裂面AD滑动，Q=G 下滑力：T＝Gsinω 抗滑力：F=CL＋Nf = CL＋N tgφ＝CL＋ Gcosωtgφ
式中：G－土楔体重，包括换算成土柱高的车辆 荷载，kN ω－破裂面对于水平面的倾斜角 φ－土体内摩阻角 θ－边坡坡度角 C－边坡单位长度粘聚力 L－破裂面的长度 f——摩擦系数，f=tgφ 其中，c、φ、γ值均须通过试验确定。
γ――路基填料的容重，kN/m3
B――荷载横向分布宽度，m B＝Nb+(N-1)m+ d 其中：b－—后轮轮距，取1.8m
h0
NQ
LB
d－—轮胎着地宽度，取0.6m
m——相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m
关于荷载分布宽度，可以分布在行车道范围，实际情况亦可
认为路肩有可能停放车辆（最不利的情况），则分布在整修路基宽度
厚度来代替荷载），又称当量高度或换算高度，以h0来表示，
当量高度h0的计算式为：
h0
NQ
LB
式中： h0――当量高度，m
N――横向分布的车辆数，即：并列车辆数，双车道 N=2，单车道N=1
Q――每一车辆重量（标准车辆荷载为550KN），kN
L－－前后轮最大轴距，按《公路工程技术标准》 （JTG B01-2003）规定对于标准车辆荷载为12.8m
2、土体计算参数的确定和车辆荷载的换算
1）土体计算参数的确定
对于路堑或天然土坡稳定分析需 要——原状土的容重γ(kN/m3)、内摩擦 角φ和粘聚力c (kPa)；
对填土路堤稳定分析需要——压实 后土的容重γ(kN/m3)、内摩擦角φ、粘 聚力c (kPa)。但压实情况与现场压实同。
如果是多层土体，在验算稳定性时， 所采用的参数c、φ、γ的数值，可采用加 权平均法求得。
)
0
例题1：某挖方边坡，已知c =14.7KPa、φ=25º、 γ=17.64KN/m3，H=6.0m。现拟采用1：0.5的边 坡，试验算其稳定性。
例题2： 1）上例数据不变，考虑到稳定系数偏高，试求允许的 边坡度； 2）上例数据不变，试求允许的最大高度。
4、圆弧滑动面的验算法
瑞典人peeteson 在1916年提出条分法， 后经W.Fellinius弗兰纽斯补充成为一个完善 的方法，并一直ຫໍສະໝຸດ Baidu用至今。
5.2 边坡稳定性分析的力学验算方法
目前用于边坡稳定性分析与验算 的方法，归纳起来有力学分析法 和工程地质法两大类。
力学分析法采用力学平衡原理进 行计算，根据假设破裂面（滑动 面，如右图）的不同有直线法和 圆弧法两种。
边坡稳定性力学分析法
直线法假设破裂面为平面，适合 于砂土、砂性土，即φ大，c较小 的土； 圆弧法假设破裂面为圆柱 形，适合于粘性土，即φ小，c较 大的土。
2、水的活动
水是影响边坡稳定的主要因素，边坡的破坏或多或 少地与水的活动有关，土体的含水量增加，既降低了土 的抗剪强度，又增加了土内的剪应力。在浸水情况下还 有水的浮力和水压力作用。
3、边坡的几何形状 边坡的高度、坡度等直接关系到土的稳定条
件。 高大、陡直的边坡，因重心高，稳定条件差，
易发生滑坍。 4、活载增加 重型汽车荷载。 5、地震及其它震动荷载（爆破等）
n
ci hi
c 1 H
n
hitgi
tg 1
H
n
i hi
1
H
2）验算边坡的取值
边坡稳定性验算时，对于折线形或阶梯形边坡，一般可
取平均值，或取坡脚点和坡顶点的连线。
3）荷载当量高度
路基除承受自重作用外，同时承受行车荷载作用。
在边坡稳定性验算时，需要按车辆最不利情况排列，并
将车辆的设计荷载换算成当量土柱高（即以相等压力的土层
路堑边坡，如下图无车载（坡顶），其重量 Q容易求得，故可求其稳定时临界角ω，其稳定 系数k为（令a0=2c/γh，f=tgφ）：
k
F T
G costg CL G sin
(f
a0 )ctg a0ctg(
)
要求k最小时，此时破裂面倾角为ω0值
dk
d
( f
a0 ) csc2
a0
csc2 (
为使土楔体稳定，在破裂面上需有一定的安全
系数k ： k F G costg CL
T
G sin
通过坡脚点A，可有任意个滑动面，滑动面的位置 不同，k值亦不同，边坡稳定与否的判断依据，应 是稳定系数的最小值kmin,相应的最危险滑动面的 倾角为ω0。（b图）
（2）影响压实的因素
上式表明：k值是ω值的函数，为此可选择3~5个滑动面， 计算并绘制k与ω的关系曲线，如c图，即可确定kmin及 其相应ω0，不言而喻，当kmin值符合规定，路基边坡为 稳定，否则，路基断面另行设计与验算，直到符合要求 为止。
力学分析法
基本方法：分析失稳滑坡体沿滑动面上的下滑
力T与抗滑力F，按静力平衡原理，取两者之比 值为稳定系数K ，即：
K=F/T
K=1，边坡处于极限平衡状态；
K<1，边坡不稳定；
K>1，边坡稳定。
路基边坡稳定性分析的界限值：工程上规定采 用K》1.20-1.25
1、基本假设
1）破裂面以上的不稳定土体是沿破裂面作整体滑 动，不考虑其内部的应力不均匀分布和局部移动； 2）土的极限平衡状态在破裂面上达到； 3）最危险滑动面位置通过试算来确定。
根据土力学原理，路基边坡滑坍是由于边坡土体的剪 应力超过其抗剪强度所产生的剪切破坏。因此，凡是 使土体剪应力增加或抗剪强度降低的因素都可引起边 坡滑坍。
路基滑动面多为上陡(70-80度)下缓(40-60度)的折线。
促使路基变形产生滑坍破坏的因素很多，主要有以下 几个方面：
1、边坡土质
土的抗剪强度首先决定于土的性质，土质不同则抗 剪强度也不同。对路堑边坡来说，除与土或岩石的性质 有关以外，还与岩石的风化破碎程度和产状有关。