路基边坡稳定性分析课件
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力学分析法
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 是否稳定的一种类比经验法。
路基路面工程-路基
第5章 路基边坡 稳定性分析
参考教材：路基路面工程，主编：万德臣，高等教育出版社，2005 路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版社，2004
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
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K4
3. 均质砂性土路堑边坡
D B
： m
h
A
T N
φ g t N
G
1
ω θ
cL
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：
图 5-3 均质砂性土路堑边坡的稳定分析简图
F Q cos tg cL K T Q sin
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
F G cos tg cL K T G sin
A
ω1 ω2
ω3
ω4
b)KBiblioteka ω1ω2ω0 c)
ω3
ω4
ω
5）K~ω关系 6）求Kmin及对应极限 破裂面。
K1
Kmin
K2
K3
均质砂性土路堤边坡的稳定分析
工程地质法 力学验算法
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常用方法：
数解法：假定几个不同的滑动面，根据力学 平衡原理，对每个滑动面进行边坡稳定性分 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 →近的已有边坡的稳定性边坡来分析→经验法， 类比法→工程相似性
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T ' G cos tg tg K 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。
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↑，内磨擦角ψ↓→抗力以 粘聚力为主→破裂面近似圆柱形或碗形→圆弧形 破裂面法
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。 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：
（5-2）
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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B
C D
T
θ
A
ω
cL
G
N
Ntgφ
a)
D1 D2
D3 D4
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5.1.2.1 直线法→砂性土
T' M T N 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：
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，如图，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：
F G cos tg cL K T G sin
注：可化简后用数学方法求极限滑动面→稳定性分析。
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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:
2）砂性土：粘聚力C↓，内磨擦角ψ ↑ →抗力 以内磨擦力为主→破裂面近似平面→直线破裂面 法
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5.1.2 力学分析法
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，并常用条分法，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滑动破坏面 /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 方法→Ｋ∈（1.25，1.5）。 C）其基本假定如下： 平面问题假设→计算分析面为平面 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。
力学分析法
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 是否稳定的一种类比经验法。
路基路面工程-路基
第5章 路基边坡 稳定性分析
参考教材：路基路面工程，主编：万德臣，高等教育出版社，2005 路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版社，2004
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
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3. 均质砂性土路堑边坡
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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：
图 5-3 均质砂性土路堑边坡的稳定分析简图
F Q cos tg cL K T Q sin
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
F G cos tg cL K T G sin
A
ω1 ω2
ω3
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b)KBiblioteka ω1ω2ω0 c)
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5）K~ω关系 6）求Kmin及对应极限 破裂面。
K1
Kmin
K2
K3
均质砂性土路堤边坡的稳定分析
工程地质法 力学验算法
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常用方法：
数解法：假定几个不同的滑动面，根据力学 平衡原理，对每个滑动面进行边坡稳定性分 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 →近的已有边坡的稳定性边坡来分析→经验法， 类比法→工程相似性
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T ' G cos tg tg K 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。
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↑，内磨擦角ψ↓→抗力以 粘聚力为主→破裂面近似圆柱形或碗形→圆弧形 破裂面法
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。 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：
（5-2）
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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5.1.2.1 直线法→砂性土
T' M T N G
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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：
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，如图，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：
F G cos tg cL K T G sin
注：可化简后用数学方法求极限滑动面→稳定性分析。
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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:
2）砂性土：粘聚力C↓，内磨擦角ψ ↑ →抗力 以内磨擦力为主→破裂面近似平面→直线破裂面 法
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5.1.2 力学分析法
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，并常用条分法，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滑动破坏面 /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 方法→Ｋ∈（1.25，1.5）。 C）其基本假定如下： 平面问题假设→计算分析面为平面 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。