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1、第四章 路基稳定性分析计算,第一节 概述,1. 稳定性分析对象 （1）不需要稳定性分析：边坡不高的路基（例如不超过8.0m的土质边坡、不超过12.0m的石质边坡），可按般路基设计，采用规定的坡度值即可。 （2）需要进行稳定性分析：地质与水文条件复杂、高填深挖或特殊需要的路基。 2. 土坡稳定性分析方法 按失稳土体的滑动面特征: （1）直线；（2）曲线；（3）折线,3. 岩石路堑边坡稳定性分析过程 （1）首先进行定性分析； （2）确定失稳岩体的范围和软弱面（滑动面）； （3）进行定量力学计算。 4. 路基边坡稳定性分析方法 （1）工程地质法（比拟法）：实践经验的对比 （2）力学分析法：数解（运用
2、力学方程、数学公式进行计算） （3）图解法：查图、查表 5. 路基边坡稳定性力学计算的基本方法,6. 行车荷载作用当量路基岩土层厚度的换算,计算荷载换算示意图,第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析,直线滑动面示意图 a）高路堤；b）深路堑；c）陡坡路堤,1. 试算法,直线滑动面上的力系示意图,稳定系数计算公式：,对于砂类土，可取c0，则稳定系数 ：,K与滑动面倾角w的关系曲线示意图,2. 解析法,直线滑动面的计算图式,稳定系数计算公式：,其中,第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析,圆弧滑动面的边坡稳定计算方法： （1）条分法（瑞典法） （2）表解和图解法 （3）应力圆法 （4）圆法,1. 圆弧滑动
3、面的条分法（条分法是具有代表性的方法） （1）原理：静力平衡 （2）图式（确定圆心位置） （a）4.5H线法； （b）36线法,4.5H线法确定圆心位置图式 1K值曲线；2圆心辅助线；3最危险滑动面,36线法确定圆心位置图式,（3）计算式,条分法计算图式,稳定系数K计算公式： 当路基分层填筑，参数相差较大时，可取加权平均值。设土层厚度为hi，则：,2. 条分法的表解和图解 （1）表解法 （a）计算图式 （b）稳定系数K 计算公式：,表解法计算图式,（c）根据边坡率m查表获取参数A和B，计算稳定系数K： （d）表解法为近似解，K值要求应略为提高（到底提高多少，具体问题具体分析，例如Kmin1.5
4、）。,（2）图解法 （a）在极限平衡条件下（K1.0），计算 （b）查图 （c）查图确定任意高度H的边坡角，或指定值时，确定H值； （d）转换到所需求稳定系数K值下的边坡角或高度H：,3. 圆弧滑动面的解析法 （1）坡脚圆法,坡脚圆（0）计算图式,滑动土体ABDF对圆心O的滑动力矩为：,其中：,抗滑力矩My为： 按极限平衡条件（MyM0），边坡的稳定系数为：,欲使K值最小，函数f（0，a，w）应最大。以0与w为自变量，f（0，a，w）分别对0和w进行求偏导，可得：,利用上面两式，假定不同的坡脚参数0或w，分别计算和绘制关系曲线图，见下图：,坡脚圆的a，0，w关系图,（2）中点圆法,中点圆计算图
5、式,总滑动力矩M0由五部分组成： 这五部分相加、合并后为：,抗滑总力矩My为： 边坡稳定系数K值为：,以w和0为自变量，分别对w和0求偏导，Kmin值对应的最危险圆弧则对应最大w和0，可得w0，20tan0，即06647，由此可得： 为便于工程应用，引入参数和，其计算公式分别为：,由下图可查得和值，然后计算w和0，可得f（0，a，w），即可得到边坡稳定系数K值。,坡角a与因数和关系曲线图,对高塑性填土边坡(0)，a53时为坡脚圆，a60时，最危险滑动面在坡脚地面线以上，此种滑动面圆弧称为坡面圆。,a与H/c及关系图（0）,第四节 软土地基的路基稳定性分析,软土的定义： 由天然含水量大、压缩性高
6、、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土，主要有淤泥、淤泥质土和泥炭。 软土分类（按沉积环境）： 河海沉积、湖泊沉积、江滩沉积和沼泽沉积。 软土力学性质： 抗剪强度低，填土后受压可能产生侧向滑动或较大的沉降，从而导致路基的破坏。 软土地基处理方法： 薄层软土：清除换土；厚层软土：填土高度超过软土容许的填筑临界高度，换土量大，应采取加固措施。,1. 临界高度的计算 临界高度：天然地基状态下，不采取任何加固措施，所容许的路基最大填土高度。 （1）均质薄层软土地基 此时圆弧滑动面与软土层底面相切，则,（2）均质厚层软土地基 由于d值很大，值向无穷大数值接近，故取Nw5.52，所以，而填土容重一
7、般为17.519.5kN/m3，所以 实际工程中可近似取Hc0.3c。 （3）对于非均质软土地基的填土临界高度，涉及因素较多，实际计算时可直接根据稳定性分析结果而定。,2. 路基稳定性的计算方法 （1）总应力法,软土地基稳定性计算模式,稳定系数K值为： 总应力法计算的K值主要是为快速施工瞬时加载情况下提供的安全系数，而未考虑在路堤荷载作用下，土层固结所导致的土层总强度的增长。,（2）有效固结应力法 有效固结应力法可以求固结过程中任意时刻已知固结度的安全系数，但它本身不计算固结度，只是把固结度作为已知条件。 稳定系数K值为： 值得注意的是，当固结度较小时，用有效固结应力法计算的安全系数不一定比用
8、快剪指标的总应力法计算的安全系数大。,第五节 浸水路堤的稳定性分析,浸水路堤的受力状况： 自重 行车荷载 水的浮力（取决于浸水深度） 渗透动水压力（取决于水的落差或坡降）,双侧渗水路堤水位变化示意图,单侧浸水路堤水位变化示意图,砂性土路堤：透水性强，动水压力较小； 粘性土路堤：压实后密实，透水性差，动水压力不大。 土质路堤：如亚砂土或亚粘土等，稳定性较差；,1. 假想摩擦角法 适当改变填料的内摩擦角，利用非浸水时的常用方法，进行浸水时的路堤稳定性计算。 此法适用于全浸水路堤，是一种简易方法，可供粗略估算参考。,2. 悬浮法 假想用水的浮力作用，间接抵消动水压力对边坡的影响，即在计算抗滑力矩中，
9、用降低后的内摩擦角反应浮力的影响（抗滑力矩相应减少），而在计算滑动力矩中，不考虑因浮力作用，滑动力矩没有减少，用以抵偿动水压力的不利影响。 稳定系数K值为： 此法亦较粗略，适用于方案比较时估算参考。,悬浮法计算图式 1滑动面；2降水曲线,3. 条分法 与非浸水时的条分法相同，但土条分成浸水与干燥两部分，并直接计入浸水后的浮力和动水压力作用。这样显然比上述两法更符合实际条件，当需要比较精确计算时，可采用此法。 边坡稳定系数K值为：,浸水土条示意图 1未浸水部分；2浸水部分；3降水线,第六节 路基边坡抗震稳定性分析,1. 震害与震力 （1）决定路基边坡遭受震害影响轻重程度的因素： （a）地震烈度；
10、 （b）岩土的稳定情况，包括岩土的结构与组成； （c）路基的形式与强度，包括路基高度、边坡坡度及土基压实程度等。,（2）公路工程抗震设计规范(JTJ 00489)规定，对于地震烈度为8度或8度以上的地区，路基设计应符合防震的要求，其中包括软弱地基加固、限制填挖高度、提高路基压实度，以及放缓边坡坡度等。 （3）定义 震级：衡量地震自身强度大小的等级，一般分为8级。 地震烈度：地表面遭受地震影响的强弱程度。我国分为12度。 一次地震仅有一个震级，但有几个烈度。,（4）地震引起的水平力 P,地震角示意图,地震水平力P为：,2. 边坡抗震稳定性的计算 （1）数解法 按照非地震地区的路基边坡稳定性分析方法，确定最危险的滑动面（直线或圆弧等），然后再考虑地震的作用力。 根据作用力及静力平衡原理，可得稳定系数K值为：,地震地区边坡稳定性计算图 a）直线滑动面；b）圆弧滑动面,（2）图解法 用力三角形的图解法，求各土条的法向力和切向力，具体方法与非地震区的路基稳定性计算基本相同，但考虑到地震角、土条重力偏移方向，以合力Qs代替Q即可，而且Qs 。 稳定系数K值为：,地震时条分法图解示意图,