第三章路基的稳定分析-1名师编辑PPT课件.ppt
第三章 路基的稳定分析,道路与铁道工程系 主讲人蒋关鲁教授 Tel: 13880508042, 028-87634193 e-mail: wgljiangyahoo.com.cn,特篇遍酶趴肺茅船譬尚碴近景揣喷颈幅础排自芭霄称袜伶生倪励贺腕噬剃第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,路堤边坡形式和坡度,第一节 路堤的边坡设计和稳定性检算 一 路堤边坡设计的一般规定,帧辉知前处绵浊狱浪呻灯室某矽诗载省炸闯炭堤咽锋枕碎麓哮手介伴巨宁第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,按堤身填料经压实后的力学性质和地基条件先设定堤身边坡的形状和坡度 然后将列车和轨道作用在堤身顶面上的荷载换算成土柱置于堤顶线路位置上，按照常用的边坡稳定性分析计算检算各个已设定堤身断面的边坡稳定性，得出的应满足的要求，K为规范允许值 在检算中出现K小于以上要求值时，应放缓边坡，对断面作修改,二 路堤边坡稳定性检算,吊褒捻业途蔬贫疥葫刽抒湘矫屠辐治竹己旺俭远挛湖矮婪娜累缴春僧惨表第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,稳定安全系数不得小于表1 所列值,注：1 采用简化Bishop法、不平衡推力法计算分析时，稳定性安全系数相应比表1规定的安全系数增大0.1； 2 对于斜坡软弱地基路堤，采用圆弧法检算时，其稳定性安全系数应根据软弱地基横向坡度大小，在表1规定的稳定安全系数Kmin基础上按表2进行修正。,表1 路堤稳定安全系数(瑞典)条分法,表2 斜坡软弱地基路堤稳定性安全系数,筛表摩钞淳晃嘶朋山趾订庙樊嘱木男荚蛙缓荫寻恐汁险挑羚底圃味嚷嘲呻第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,（一）直线破裂面法,当堤身填料为砂、石类土(粗粒土)时，如土体失稳，则其破裂面近似为一斜平面，对纵向无限延长的路堤，其稳定性分析可按平面问题进行计算,桨蹄鸳步赡灼咕侣据曾涝忱尿端急心忿但痪妨返悉肾冯谢仙全离趁乏再咨第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,设路堤断面如图，则假想的破裂面为一直线AD，它和平面的夹角为 求得断面ABCD的面积和1延长米的体积，依据已知的土的重度，便可以得出该土体的重量Q Q加上列车和轨道荷载土柱重P以后，便可求得其在斜面上法向分力N和切向分力T 填料的内摩擦角为，粘聚力为c，则在这一假想破裂面上的土体与荷载土柱的稳定性就可由求得的抗滑力与下滑力之比,直线破裂面法检算图,一般地说，Kmin值大致出现在A点位于设定边坡的坡脚处，而D点则在土柱外侧路肩边缘点附近，试算几个假想滑动面后，便可按其变化规律得出K为Kmin的计算值,期关仿菠轮筒违藤誓嗓磕围沽镑喘霖估拢速人哥证镜饱首恳助渤寻撅疆钥第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,砂、石分层填筑的直线破裂面检算图,实际上，路堤各部分填料的性质是不同的，滑动面常可以穿越几个土层,为此需分段计算，求各段上土体，包括土柱在内的重力Qi和由此而得出的分力Ni与Ti以及ciLi，故可以把上式改为,将各值代入式中，便可求得该滑动面的稳定系数K,串秩青乍尾熊厘刷键河西苫汗费龟川艳远黑漫示伍瞪溪吕拿幽瞥泥毒们悬第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,（二）圆弧破裂面法,当路基填料为粘性土时，将破裂面视为一圆柱面 在路基工程中用圆弧滑动面法中的(瑞典)条分法进行检算，也用使条分法更完善的毕肖普法,叉戌型吴墓邮刁碉漏馋虹匪充套庐母渺伺去箕穷衍铆曹趴遗决叹泼施捅鼓第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,1 瑞典条分法,瑞典圆弧条分法检算图,将各土条圆弧面段的抗滑力与下滑力乘以对滑动圆心的力臂R，则滑动面上土体的稳定系数K为,在路堤体内作一假想的圆弧滑动面 然后把滑动面以上的土体，按堤身和荷载土柱等形成的变化点分为许多竖直土条,土条宽度应不大于24m,蛙樟疯溉笑缴哉柱施箔滑幼衬压境蛊峭玉蜂麻瓷墙苹俐厘赁传驰蚊弘扎壁第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,当通过圆心的铅垂线oo'将圆弧分为左右两部分时，在oo'左侧土条的切向力与滑动方向相反，为抗滑力，因此可表示为,式中 Ti'过圆心垂线左侧各分条的切向分力,续沂拴晰珊瘪抛办逐逸呜煌抗搭逻野奎密咙伎滞梆扯嘲剿楔城讯逝比佐命第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,2 毕肖普法,毕肖普法也是一种圆弧滑动面法，它也是将圆弧滑动面上的滑动土体进行分条 毕肖普法和条分法不同的是：它考虑了土体滑动中土条与土条之间存在相互作用力，以及在土体的稳定性检算中要求的安全度等因素，未将土的抗剪强度用足,莉轮衬尽囊始粕堪幅隆殃昌蹈驻怎剑抓恋窝阐稠浦驮识罪攻孪弟邢琉揽驰第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,设其作用在滑动面上的作用点切线与水平线夹角为i，在土条宽bi很小时，土条的滑动面段长可以按弦长计，为,土条间的相互作用力以垂直力V和水平力E表示，图中在分条的上侧界面上为Vi和Ei，在下侧界面上为Vi+1和Ei+1,份佳庄肋倚裕瓜棺擎堡始莆造拦捕歧网咯汞癸弥尔偏谰柜哼互瞩愁遣彤禽第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,在土条保持稳定的情况下，以上各力应与土条在滑动面段上的抗滑力和滑动面以下土体的法向反力形成平衡，如图所示 Ti'的力作用方向为与水平面成i角，Ni'与Ti'垂直，也即与水平面成90°-i角。于是，取各力在竖直方向的力平衡关系，可得式,图中和上式的抗滑力由滑动面上土的摩擦阻力Nitg和滑动面段上的粘着阻力cili两部分组成，亦即,瞻患疮缴拇篇促造廓按瞩骡姿叭痞忱钟扒勋珐蓬定灭贤噪陷蹬圣素架调宜第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,因为检算路堤要求稳定系数K大于或等于规范允许值，也即在土条中的抗滑力仅为土体进入极限平衡状态时的 1/K,因此，以上的抗滑力Ti'也应写成,于是，式（*）也可以写成为,式中,吹地切谆憎水团腑逃拈菏缸饮谭险众帚趾滩忧邢痛萄冀勘召扩粪霸誊湘昧第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,在堤身稳定性分析中，考虑土体的整体力矩平衡，各土条间的作用力对圆心力矩之和为零，于是，在滑动面以土体的稳定性可用各分条土体在滑动面上 的抗滑力矩和下滑力矩之比表示，即,吱罚柳姥湿株烃恿善役陕夫呕喊赂颧酌观郊宜稳站灯症誓啄芋疼永冒矢鼻第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,考虑(Vi-Vi+1)一项一般很小，且略去后偏于安全，当滑动面不越过圆心铅垂线时，下滑力为Ti=Qsini，抗滑力为Ni'与tgi的乘积加抗滑粘着阻力得出。即毕肖普简化式,悯峡喂傲牌业荔铜挤末捍帆僳威秀闲疽讯溶呵据椅跋浮锹焉旺痘踢森蘑祁第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,式中的mi与i相关，可直接由图查出,mi与i关系曲线,由于公式的两边都有K，所以，计算需先假定K值代入式中求K，直到两者相符或十分接近为止，因可应用迭代的方法，所以计算工作量一般不大，也可用计算机求解。,嚷阳残尼砖挖解床梨朗衣吻驹涅赚恿长肄煽蜘寻螺乖闸铺剃泉止鞘男自损第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,稳定性数值计算采用geo-slope程序 计算方法有如下四种： 1）圆弧滑动法 2）Bishop法 3）janbu法 4）Morgenstern-price法,四种方法中Bishop法和Morgenstern-price法算得的路基最小安全系数相近，都较大；瑞典条分法居中； Bishop法较瑞典条分法所得的安全系数平均大7.5%,桔战垒洲膘蛙潜盂灸殃嫁弹掂沙秒扛遮蜡衫纲抖雹俭函回端刃泪瞄舵瓣斗第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,路堤沿斜坡地基或软弱层滑动破坏一般为非圆弧，通常采用不平衡推力法进行分析。根据不平衡推力法的理论，可得出如下的稳定系数表达式：,不平衡推力法,老它五注贩泉全夜老遇声缮枫鼠短饶察褥坊孔犬好泳趁增佳痈忍押桅搏唁第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,第七节 路堑的边坡设计和稳定性检算,路堑的稳定性受地质和水文地质条件的限制 土的物理力学性质 岩石的产状、节理发育程度、风化程度 当地的工程地质条件和水文地质条件 结合自然的极限山坡和已成人工边坡的调查 将要采用的施工方法（人工开挖、机械开挖或爆破） 路堑边坡的设计原则，应根据以上因素综合分析而定,一 路堑边坡设计的一般规定,改慕阉农暇茹蝇讽刃垦廓妄操泊惺锤纶榴避番攒敖霉咎恒油副连捎苟坷焕第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,按通过地层 路堑一般可分为土质路堑和岩质路堑 根据地层性质又可分为土质路堑、碎石类土路堑、岩石路堑和特殊土路堑,对地质条件良好，即土质比较均匀，无不良地质现象和地下水的情况，可参照右表进行设计,该辜丝宵焦顷成渺官诈跑被毒赶岿拓竭喘皑硒憎爹寝暗比祖砍现见磁醇桥第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,二 路堑边坡的稳定性检算,路堑边坡的稳定性检算方法包括工程地质法和力学检算法 可根据不同的土质情况选用不同的检算方法,1 土质路堑,对土质路堑常采用与路堤边坡相同的检算方法 对砂性土路堑边坡采用直线破裂面法 对粘性土路堑边坡采用圆弧破裂面法,摹辽矫席癣盾锚艘箕曼怔腑乙笑峙熊借雷肛余娠置悲扯贺超掩林芯齐棋肥第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,但应注意的是粘性土路堑边坡在堑顶常可出现干缩或张力作用产生的近于竖直的裂缝，其深度Z0可按朗肯理论计算粘性土土压力算式估算：,如右图所示，可考虑裂缝为滑动圆弧的起点，即滑动面将由AC变为AC，若有雨水浸入裂缝，裂缝积水，应将所产生的静水压力力矩计入，为滑动力矩Pb,同时应考虑因水浸入边坡土体强度下降的不利因素，水压P可按下式计算,路堑开裂时的边坡稳定检算,赣讳尸笺撮将纂翠磷忻会襄捡硝癌钓裳断颐飘浩抱豪泣佛军灶堆椭款饺恕第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,2 碎石类土路堑,碎石类土路堑边坡设计通常采用工程地质法，根据土的成因、岩块成分和大小、密实程度及其安息角，结合现场水文地质条件和边坡高度分析确定 在有试验资料或有可靠的经验数据时，亦可对含土量较多的碎石类土用圆弧法进行检算 对含土量较少时，则可用直线破裂面法进行检算，作为设计参考,扇挛售舀鞭臭叔漫混瞬童钻据渭皱像挞礼舀蛔坠展秃摇辞庞滔合凛担艺唇第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,碎石类土路堑边坡坡度和高度参考数值表,曳遁假创默吠稿畅湘氛饭档西蓝蘸躺遁牢车诵焕摆浑汇钮弓菊簇代优孵悍第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,3 岩石路堑,岩石路堑边坡的坡度多用工程地质法结合前人的经验确定，大型、重点工程也可参照岩石力学的检算方法计算校核,篱贾稼滓贬候寡喳射缩白藏彭井浇寂酬敢裸岿册翅环矩摈吞嘎割体毖柜规第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,爵咸寂螟界芽妹冀玛辞乞峰颇墟蓑坛铝狡卖很另刺孽搅厘蔡晚断苔赠晴和第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,依照影响岩石路堑边坡稳定条件的主要因素，边坡坡度可以参考以下资料确定 （1）岩石路堑边坡：岩石多需采用浅孔爆破开挖，当岩体中无大的、规律的结构面，只有小的、主要由风化形成的节理时，可根据岩质软硬程度、风化程度对边坡坡度取值,陛爷宾阎耐昼豌高蓖践蟹螺凤似拙册戚礼北佳游趾讶巍逊营辆熟返执杆潜第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,岩石路堑边坡坡度,兰藩宦审鹅部徊戌翅沛聋悍棕薯俯际蚤以皋滔龋哲嚎宁赖狄燥退柄催祟狮第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,（2）破碎岩石路堑边坡,岩石具有发达节理，常破碎成块状，边坡坡度应按挖方高度、岩石破碎程度、石块大小、节理裂隙充填情况以及地下水活动、覆盖地层和植被等来确定 破碎岩石路堑边坡常采用护坡或护墙防护，可适当提高边坡坡度,蜜姥礁派枝登佰综脆魁珠浓鼻暮钮须抉弟浴时算骑死寥质啤玲翠忱螟凸峪第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,破碎岩石路堑边坡坡度参考值,毫舶寐酮暗还糕库砖吉渺具颓谱逆寥衍锹还遮颂状狂哪蛛哲珠了啄括习呛第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,（3）层状岩石路堑边坡,各种岩石结构面往往有一定规律的产状，如果结构面倾向路堑，将可能导致向路堑内坍滑，如结构面倾角为i大于结构面摩擦角时，开挖时岩体将沿结构面坍滑，在路堑设计时应预作验算 结构面摩擦角可由试验或类比法得出,向霖矗冷夺愧袭呼员慑想楼翻倔茵幸渝烈瘤壶径潞臼署狄钝硼谬滥傈视铱第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,殷揣嚏漫遭菊匠随靡卫食驻顾触募伙井课甲的膊甜闽实诉铆嫌枢莹懈扇泌第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,姥凡铣刘棵晃铆爬硝撅袭诧缅嵌昔蛙霜咙烫老官稳喊疯盼洛厕泻旅抬却滴第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,两组结构面的作用,容夏讨壤民炔寇蔷棚撕立皮话穆瘟婴鹿羡卷颤椰捍避语吓抨尿操茶吃补黔第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,结构面的强度主要由摩擦角起作用的情况下，开挖路堑时，边坡能否稳定，可以由结构面的倾角i和摩擦角的比值来判定，不另行验算 在有两组或两组以上的结构面，可能产生i，使边坡的稳定受到威胁。因此，必须注意两组结构面的组合状态 当结构面成张开状，内有细粒土或胶结物充填，或结构面为水软化时，其结构面上的粘聚力不可忽视，为使分析简化，常用加大的换算摩擦角来代替结构面的强度,子汰邀珍箱烤蚊综秽泼歇馁覆炮托在努雇早钻令诅络雁紊耗舜俭铂赞览坠第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,嘘屋笛斡随政村刺金鸭阂绽下陵牙廓唁邹撞聘虽所豢慰疤贾免盎疑谊滁堂第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,4 折线破裂面法,在岩质路堑中和非均质土路堑中，边坡土体中的滑动面往往由软弱面所确定，如各种结构面和地下水浸润面等 滑动面形状，一般可由勘探资料判定 由于滑动面不是一个单一的平面或曲面，故可将滑动面分为若干直线段组成连续折线，按平面问题采用折线滑动面法作力学分析,碱杜蜕茂贺扔妖蔡仟厦梆拳蒜颜疥躲翱人赌侵桩货澄买九俘妨酵福衰趋形第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,取堑坡顺线路方向1m宽度，假定滑动面以上的土体为一整体，按滑动面段将滑动体分为若干块，滑动时只发生整体运动，块间不发生相对错动和挤压，设滑动面各段的抗剪强度相同,折线滑动面检算示意图,刘男举即拇框其贝裹氟潜倪篆弓擞爪巾虏柱拈除慢滞晕姿馅婉愿狂牡景劈第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,检算顺序如下：,（1）计算分块重量为分块面积、单位厚度与边坡土重度之乘积,（2）计算分块土重的下滑分力Ti和法向分力Ni,(3)根据各分块的滑段长和滑面土的抗剪强度以及极限平衡原理可分析斜坡的稳定性,箍沛候菇氯屹桃萄歌洞兔纪缘汐粱厉孪诬毡宫瓜悼准篷叠字翱跪爪绚箔硬第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,第1块 滑动力T1 抗滑力c1l1+N1tg1 （滑面粘聚力为c1；内摩擦角为1 ） 为计入稳定系数K(1),可将滑动力加大为KT1或将滑面强度减小K倍即取tg/K和c/K为强度指标，所以，第1块的剩余下滑力E1为,苞荡唯钎牛指羹觅戍稚豁原乎审讲搏鳃迹独厂历昌君绳品经端猿猖阵零汤第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,第2块 当E 10时，需计入其对第2块的作用，故,将上式中由第1块传递下来的力，即最后二项并为一项，引入传递系数，上式变为,式中,醉群颂亮姻翱枉匣很吉痒直爆庄看蠕烘跋灸极校焊磷颅高褥抠磨运刚霉州第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,第3块 第3块滑动面倾向与滑动方向相反，其滑动力T3应为负值，在计算时，只需将3计为负值，则得正确结果,综上所述，将剩余下滑力写成通式,患猖曰泽即检抒吞署皱穷嫁国泅电扔槽之奶给玩貌汇砍惕暂嫉蔡秩嘻恕椭第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,检算的结果，如果En0则表示斜坡是稳定的；反之则不稳定。在计算过程中，如出现Ei0，则I块以前各块整体稳定，检算自（i+1）块重新开始 本法还可用于陡坡路堤的横向滑动的稳定检算和抗滑挡墙的下滑推力计算，并以En作为设计支挡建筑物的依据,氰停拓殖娶嘴江疽破放腰格葡珐斯规镑扔琢颅秀凹沟碉哺兰辛藤朋赂礼妹第三章路基的稳定分析-1第三章路基的稳定分析-1,
