路基路面工程第四章

第四章 路基边坡稳定性设计第一节 第二节 第三节 第四节 边坡稳定性分析概述 边坡稳定性分析方法 陡坡路堤稳定性分析 浸水路堤稳定性分析

路基边坡稳定性分析的对象：一般路基设计可套用典型横断面图，不必进行边 坡论证和验算，然而对高路堤、深路堑、陡坡路 堤、浸水路堤以及不良地质的路基，应进行个别 分析、设计及验算，以寻求合理的路基断面形式 、稳定的边坡取值或据以确定边坡的加固措施。

第一节 概 述一、影响路基边坡稳定性的因素 根据土力学原理，路基边坡滑坍是由于 边坡土体中的剪应力超过其抗剪强度所产生 的剪切破坏。 1.边坡土质。 2.水的活动。 3.边坡的几何形状。 4.活荷载增加。 5.地震及其他震动荷载。

二、边坡破坏形状 由松散的沙土或砂性土或渗水材料填筑的路堤，边 坡破裂的形状近乎直线平面，可按直线滑动面法验算边坡 的稳定性； 以粘性土填筑的路堤，破坏时形状为一曲面，为 简化计算，通常近似的假设为一圆弧状滑动面；有的则可 能是不规则的折线平面。

(a)直线滑动面

(b)直线滑动面

e

(c)圆弧线滑动面(d)圆弧线滑动面(e)折线滑动面

三、边坡稳定性分析方法 ⑴工程地质比拟法是根据已成不同土类或岩体边坡的大量 经验数据，由调查及长期生产实践，拟定出路基边坡稳定 值的参考数据，在设计时，将影响边坡稳定的因素作比拟 ，采用类似工程地质条件下的稳定边坡值。 应调查收集的资料如下： ①土的名称、类别、组成结构、密度、成因等；或者岩石 的岩性结构构造、风化破碎程度等； ②地面水、地下水的状况； ③当地相似条件的自然极限山坡或人工开挖边坡的坡度及 现状； ④人工边坡采用的施工方法。

⑵力学分析法又称为极限平衡法，首先假定几个可能的滑 动面，再按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分 析，从中找出最危险的滑动面，按此最危险滑动面的稳定 程度来判断边坡的稳定性。 ①数解法：此法较精确，但计算较繁。可利用计算机程序 进行计算。 ②图解或表解法：在计算机和图解的基础上，经过分析， 制定成图或表，用查图或查表的方法进行边坡稳定性分析 验算。此法简单，但精确度较数解法差。 根据滑动面形状的不同，又分为直线法、圆弧法和折线法 3种。

力学分析法的基本假定如下所说：

①破裂面以上的不稳定土体沿破裂面作整体滑动， 不考虑其内部的应力分布不均和局部移动。 ②土的极限平衡状态只在破裂面上达到。 为简化计算，有力学分析法进行边坡稳定性分析时 ，通常都

按平面问题来处理。 一般情况下，土质边坡的设计是先按力学分析法进 行验算，再以工程地质比拟法予以校核。岩石或碎石土类 边坡则主要采用工程地质比拟法，有条件时也以力学分析 法进行校核。

四、评定指标 稳定系数：

> 1,稳定 抗滑力(矩) k = = 1,临界 下滑力(矩) < 1,不稳定

K=1时，处于极限平衡状态，路堤极限坡度=内摩擦角， 坡角α 为自然休止角。 K>1时，路堤边坡处于稳定状态且与边坡高度无关。 K<1时，不论边坡高度多少，都不能保持稳定。 由于土工实验所得的c、φ 值有一定的局限性，为保 证边坡有足够的安全贮备量，稳定性系数Kmin≥1.25~ 1.5,但K值亦不亦过大，以免工程不经济，所以K值一般 取1.25~1.5。

五、边坡稳定性分析的计算参数1.土的计算参数 对于路堑或天然边坡：原状土的容重γ (KN/m3)、内摩擦角 φ (°)和粘聚力c(kPa)。 对路堤边坡：与现场压实度一致的压实土的试验数据。数据包 括压实后土的容重、内摩擦角，粘聚力。 n

1 c H

c hi 1

i i

多层土体：利用加权平均法

1 H

hi 1 i

n

i

多层土稳定性验算参数示意图

2.边坡的取值 对于折线形或阶梯形边坡，一般取平均值，或坡 脚点和坡顶点的连线。

例题：已知某路堤由双层土体组成。上层边坡坡 率为l:1.5,土层高为8 m,上层土单位体积的重 力为 17.5kN/m3,内摩擦角为30度，粘结力为5 .0 kPa;下层边坡坡率为l:1.75,土层高为7 m,下层土的单位体积的重力为19.0 kN/m3,内 摩擦角为40度，粘结力为2.0kPa。试确定边坡稳 定性验算参数单位体积的重力、内摩擦角和粘结 力的取值。

解： hn

i 1 n

i i

hi 1

17.5 KN / m3 8m 19.0 KN / m3 7 m 18.2 KN / m3 8m 7 m

i

tan

h tan i 1 i

n

i

hi 1

n

8m tan 30 7 m tan 40 8m 7 m

i

8m 0.5774 7 m 0.8391 0.6995 15m

34.97c

c hi 1 n

n

i i

hi 1

5.0kPa 8m 2.0kPa 7 m 3.6kPa 8m 7m

i

3.荷载当量高度h0 汽车荷载 以相等压力的土层厚度来代替荷载 当量土柱高 NQ 当量土柱高度h0的计算式为： h0

BL

荷载分布宽度：可以认为分布在行车道宽度范围内；考 虑到实际行车有可能横向偏移或车辆停放在路肩(最不利 情况)上，也可以认为h0厚的当量土层分布在整个路基 宽度上(包括路肩、路面的宽度)。两者虽有差异，但计 算结果相差不大。

§4-2 边坡稳定性分析方法力学分析法—路堤1.直线法 适用范围： 适用于砂土和砂 性土 ( 两者合称砂 类土 ) ,土的抗力 以内摩擦

力为主 ，粘聚力甚小。 边坡破坏时，破 裂面近似平面。

K

F G cos tg +cL T Gsin

直线法计算图

先假定路堤边坡值，然后 通过坡脚A点 假定3~4个可能的破裂面 ω i ,如图 4-3b ,求出相应 的稳定系数Ki值 得出 K i 与 ω i 的关系曲线 ，如图4-3c 在K=f(ω )关系曲线上找 到最小稳定系数值Kmin, 及对应的极限破裂面倾斜 角ω 值。

例题：图为一路堤横断面图。已知填料为砂性土 ，容量r=18.62kN/m3,粘结力c=0.98kPa,内摩擦 角φ =35°,滑动面上土体重量为1489.6kN,滑动 面LAB长为38.83m,滑动面AB倾斜角为27.759°。 试问该路堤边坡会不会沿滑动面AB产生滑动？

解：F G cos tan cL K T G sin 1489.6kN cos 27.759 tan 35 0.98kPa 38.83m 1m 1489.6kN sin 27.759 1.385 1.25

所以，路堤边坡不会沿滑动面AB产生滑动。