专题路基稳定性剖析19页PPT

将车辆布置于路堤上，车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度h0
公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级汽车荷载，L=12.8m
B——横向分布车辆轮胎外缘之间总距，m
B Nb （N 1）d
b——每一辆车轮胎外缘之间的距离，m d——相邻两辆车轮胎之间的净距，m
2.荷载分布方式
⑴可分布在行车道宽度范围内 ⑵考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上，也可认为当量土层
四、各种方法的应用——针对不同的填方土质和可能的破坏形式
（一）填方高边坡
1.砂性土边坡：平面滑动面 法验算； 2.粘性土边坡或软弱地基：圆弧法（宜于使用简化Bishop法） 验算路堤稳定性和路堤——地基整体稳定性。 3.针对工况考虑其他外力影响和安全系数 （1）施工期 （2）运营期——新建成和已建成 （3）集中降雨、浸水路堤（考虑渗透动水压力和浮力）和地震 （考虑地震力）
（二）挖方高边坡
——土质高于20m，岩质高于30m或不良地质地段挖方边坡
基于地质勘察，针对可能的破坏形式
1.规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡采用简化Bishop法； 2.可能产生直线形破坏的边坡采用平面滑动面 法； 3.可能残生折线形破坏的边坡采用不平衡推力法； 4.对于结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平投影法和、实体比 例投影法和楔形滑动面法； 5.针对工况采用不同的外力组合和安全系数。 （1）正常工况——天然状态下的工况； （2）非正常工况Ⅰ——暴雨或连续降雨状态； （3）非正常工况Ⅱ——地震
根据不同土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的 资料调查，拟定边坡的稳定值参考数据，在设计时，将影响边 坡稳定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边坡值。
（一）平面滑动面法
K F Q cos tan cL
T

影响因素
应对措施
1. 排水措施
2. 削坡减载
3. 边坡加固
4. 监测预警
边坡稳定性受多种因素影响，包括地质条件、边坡高度和坡度、降雨和地震等自然因素，以及边坡防护措施等人为因素。
针对该边坡，可以采取以下措施提高稳定性
设置排水沟或排水管，将地表水引出路基范围。
对边坡进行削坡减载，减小边坡高度和坡度。
优点与局限性
人工智能可以处理复杂的非线性关系和非直观因素，具有较高的预测精度和效率。然而，人工智能方法需要大量的高质量数据和合适的训练方法，对数据质量和模型选择有一定的要求。同时，解释性不如基于极限平衡理论和数值分析的方法明确。
04
CHAPTER
工程实例分析
某高速公路修建，位于山地丘陵地区，边坡高度在5-10m之间，坡度在40-60度之间。
国内研究现状
国外研究现状
02
CHAPTER
路基边坡稳定性分析基本理论
稳定性概念
路基边坡稳定性是指边坡在各种因素作用下，不会发生破坏或失稳的情况。稳定性是路基安全性的重要指标之一。
分类
根据边坡土质、水文条件、高度、坡度等因素，可将路基边坡稳定性分为岩质边坡稳定和土质边坡稳定两类。
破坏形式
路基边坡破坏主要表现为滑坡、崩塌、剥落等形式。其中，滑坡是最常见的破坏形式，是指边坡上的土体或岩体在重力作用下沿一定滑动面整体下滑的现象。
采用锚杆、钢筋混凝土框架等加固措施提高边坡稳定性。
设置监测点，定期监测边坡位移和沉降，及时发现安全隐患并采取应对措施。
05
CHAPTER
结论与展望
路基边坡稳定性对确保道路的安全和正常使用至关重要。
本次研究通过理论分析和数值模拟，揭示了不同因素对路基边坡稳定性的影响。

质量
• 碾压时应重叠1/2轮宽，结 束时应无明显轮迹
• 压路机禁止刹车
养生• （2）检测
• 灌砂法检测压实度
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5.横缝、纵缝设置
拌和
• （1）横缝设置
运输 • 中断施工超过2h，应设置横缝
摊铺 • 纵向用三米直尺定出横缝位置
碾压 • 横缝断面：竖向平面
• 横缝碾压：横向碾压，逐渐过渡到新铺层，然后进行正常的碾压
2）控制好原材料（土、石灰）及混合料含水量，拌和好的混合料 含水量宜大于最佳含水量+1%左右，且要拌和均匀。
3）碾压过程，石灰稳定土表面应始终保持湿润。
4）严禁薄层贴补，摊铺时"宁高勿低"，平地机最后整平时"宁漏 勿补"。 5）碾压时，压路机应遵从"先轻后重"，"先边后中"，"先慢后快" 原则连续不断地碾压至规定压实度。
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• 2、石灰稳定土成型初期隆起、开裂及防治
生石灰中常含有过火石灰。在石灰稳定土成型后，过火颗粒才逐 渐消解，体积膨胀，引起成型后的石灰土层隆起，为消除这种病 害，通常将生石灰提前10~12天运进施工现场，并进行充分消解； 对于镁质石灰，由于难消解，则需提前12~15天进行消解，且加 水速度不已过快、过急，以便于镁质石灰能够充分得以消解。 目前，我国不少厂家开始生产袋装生石灰粉（磨洗生石灰）。生 石灰粉使用时可不需消解，但拌入土中后，宜闷料3~8小时成型 效果最佳。因为生石灰粉在土中消解过程中会放出大量水化热， 如碾压成型过早，会由于生成的水化热过多而使土体积膨胀，产 生隆起现象；成型过晚，则石灰与土之间各种有利反应作用不能 够充分得以利用，且难以压实。 实际施工过程中，经常会发现石灰稳定土成型1~2天出现大量裂 缝现象，高温季节尤为明显。这主要由两方面原因造成的结果： 一方面是石灰稳定土自身含水量过大；另一方面是保湿养生不及 时；水化反应后，石灰稳定土含水量减少，产生干缩裂缝。为了 减轻或消除这种病害，石灰稳定土宜在接近最佳含水量时成型， 成型后必须采取有效措施保湿养生，养生期一般为7天左右，养生 期应封闭交通。

3.4 路基稳定性分析与支挡工程计算 3.4.1 路基稳定性分析 （1）路基出现滑坡、滑移等失稳现象，通常都 表现为某部分土体失去力学平衡而沿着某一 滑动面出现剪切滑动。此时对滑动坡体的稳 定性分析，采用极限塑性平衡原理并按静力 平衡原理予以求解。其方法是分析失稳坡体 沿滑动面上的下滑力T与滑动面上产生的抗滑 力F的大小，并以两者的比值定义为稳定系数 K: K=F/T
（2）稳定性分析中的几点假设 ①滑动体视为无变形的刚体，不考虑滑动土体本 身内应力的分布； ②极限平衡只在滑动面上达到； ③最危险的滑动面位臵，通过试算确定。 （3）容重、内摩擦角、粘聚力。如果边坡是由 多层土体组成，则采用加权平均值计算。
3.4.1.1 高路堤与陡坡路堤 （1）概念 高路堤：凡填方边坡高度超过20m（土、石质）或超 过12m （砂、砾质）的路基视为高路堤。 陡坡路堤：指地面斜坡坡率陡于1：2.5的路堤，路堤 可能沿地基面下滑，造成路堤变形过量而破坏。 对策：对边坡高度超过20m的路堤或地面斜坡坡率陡 于1：2.5的路堤，以及不良地质、特殊地段的路 堤，应进行个别勘察设计，对重要的路堤应进行 稳定性监控。高路堤设计时需要更加注意路基基 底状况，了解地基浅层有无软弱夹层和地质不良 地段，地下水及地表水对路基稳定有无影响等。
Hale Waihona Puke 静止土压力：当挡土墙保持原来的位臵而不发生 任何位移时（图3.27c），土内应力小于其抗 剪强度，土体处于弹性应力平衡状态，其作用 于墙背的侧压力介于二者之间，称为静止土压 力E0。
②毕肖普法 当采用带有粘性的土填筑的路堤，滑坍时的滑动面形 状通常为一曲面，为简化计算，将其近似假设为 圆弧滑动面。圆弧滑动面稳定性验算方法有条分 法、工程计算简化法、毕肖普法等。 条分法，在假定滑动面为圆弧的基础上，将圆弧面上 的滑动土体划分为若干个竖向土条，但不考虑作 用在土条两侧的力，因而偏于保守，精度不高。 工程计算简化法主要以图解法确定K值，精度不太高， 也不便于计算机解算； 在边坡稳定性分析软件，采用毕肖普法比较合适。 毕肖普法，考虑作用在土条两侧的力，按土条重及作 用于滑弧上的剪切力绕圆心O1的力矩平衡，以及 按投影于竖直方向上的合力为零。

▪ 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。
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2
第一节 路基边坡稳定性分析
• 所谓边坡就是具有倾斜坡面的土坡。按岩性可分为土质 和岩体边坡；按形成条件可分为自然边坡和人工边坡。
• 边坡的失稳或破坏系指土体在一定范围内整体沿某一滑 面移动而丧失稳定的现象。产生边坡失稳的原因在于边 坡体内可能产生的剪应力大于土的抗剪强度。
1. 40 1
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4
一 边坡稳定性计算方法
▪ 在边坡稳定计算方法中，通常采用整体的极限平衡 方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不 同的分析模式。
▪ 边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同：
➢ 粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形； ➢ 细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形； ➢ 滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。
第七章 土坡稳定计算
O
R A
C
WjB 路 堤
Wi αi
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1
路基是轨道的基础，也称线路下部结构(线下工程)
▪ 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。
▪ 当α变化时，Fs会随之变 化，并出现最小值。Fs min
对应的破裂面称为最危险 破裂面。
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砂、石分层填筑的直线破裂面检算图
▪ 当砂、石路堤以不同填料分层填筑时，仍可用直线破裂面 法进行检算。
▪ 此时需分段计算，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，故计算式为：

二、数学表达式 由于砂类土的粘结力C很小，若取C=0，则上式为：
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4 路基边坡稳定性分析计算
三、稳定性分析步骤 1. 均质砂类土路堤边坡（试算法） ⑴ 先假设几个破裂面，按上式计算对应的稳定系数Ki；
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4 路基边坡稳定性分析计算
⑵ 绘制ωi-Ki曲线图
⑶ 在图中确定最小Kmin以及相应的极限破裂角ω0 ⑷ 稳定性判断：Kmin≥[K]=1.25～1.5
3. 在坡脚处设置支挡结构物 设置右石料砌筑的护脚 ；设置挡土墙
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4 路基边坡稳定性分析计算
浸水路堤稳定性
一、浸水路堤及其作用力系 概念：受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等均 称浸水路堤。 力系：除承受普通路堤所承受的外力及自重力外还承受浮 力及渗透动水压力的作用
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xi R
5. 重复1～4，得出K2~Kn，作图求出最小的Kmin
6. 稳定性判断：Kmin≥[K]=1.25～1.5
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4 路基边坡稳定性分析计算
四、圆弧圆心确定 为了较快地找到极限滑动面，减少试算工作量，根
据经验，极限滑动圆心在一条线上，该线即是圆心辅助 线。确定圆心辅助线可以采用4.5 H法或36°线法。
其中：B为横向分布车辆轮胎最外缘 之间总距（m）：
B Nb (N 1)d
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4 路基边坡稳定性分析计算
四、边坡稳定分析时的简化 1．形状简化 平面状→直线 园柱状（碗状）→圆曲面（投影）→圆弧
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4 路基边坡稳定性分析计算
2．力的简化：超静定→静定
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4 路基边坡稳定性分析计算

0
底滑面的倾角。
为了求得最危险圆弧滑动面的稳定系数Kmin，首 先得寻找最危险圆弧滑动面的圆心。 根据经验，该圆心在一条辅助线上。 寻找最危险圆弧滑动面圆心的4.5H法：
⑤陡坡路堤提高稳定性措施 陡坡路堤下滑的主要原因：除地面横坡过陡或基底接 触面摩擦阻力过小之外，还与地表水和地下水密 切相关。 提高稳定性的措施： a.改善基底状况，增加基底滑动面的摩擦阻力。如清 除表层松软的覆盖土或基底夯实，使路堤置于坚 实的土层上；开挖台阶改善基底受力情况；放缓 边坡，以减少路堤下滑力等，并在路堤上方一侧 开挖截、排水沟以阻止地表水浸湿基底，从而降 低接触面的阻力；若受地下水的影响，则应设渗 沟疏干基底土层，提高抗滑力。 b.改变填料及断面形式，如采用粗颗粒填料或放缓边 坡坡度以增大抗滑面积及摩擦阻力。 c.在边坡坡脚处设置支挡结构物，如石砌护脚、石砌 挡墙或抗滑桩等。
（4）路堤稳定性计算 ①强度参数c、ψ的确定 高路堤稳定性分析的强度参数应根据填料场地情况， 选择有代表性土样进行室内试验，并结合现场情 况确定。 a.路堤填土强度参数值，采用直剪快剪或三轴不排水 剪试验获得。试样的制备要求及稳定性分析各阶 段采用的试验方法详见表3.15。当路堤填料为粗 粒土或填石料时，应采用大型三轴试验仪进行试 验。 b.地基强度参数值，宜采用直剪的固结快剪或三轴剪 的固结不排水剪试验获得。 c.陡坡路堤结合场地条件，选择控制性层面的土层试 验获得强度参数。可采用直剪快剪或三轴剪的不 固结不排水剪试验。当可能存在地下水时，应采 用饱水试件进行试验。
路堤沿斜坡地基或软弱层带的滑动，一般为任意滑动 面。对于任意形状滑动面，只有采用严格条分法 方能得到满意的解答，而目前国内广泛采用非严 格条分法中的不平衡推力法。 近年来，国内对路基稳定性研究有较大的发展，出现 了一些精度较高的计算方法，如采用位移法求解 的二维线性有限元法和研究各种滑动情况下破坏 概率的概率分析法。

第三节 挡土墙
3. 挡土墙按位置分类
1) 路堑挡墙
用于陡峭山坡的路堑底部，降低边坡高度、减少开 挖，防止地质不良地段的滑坡。
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
2) 路堤挡墙
收缩坡脚，减少填方量；防止边坡或基底(对于陡 坡路堤)滑动，保证沿河路堤不受水流冲刷。
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
二、边坡稳定性验算
第一节 边坡稳定性验算
1. 直线滑动面法
砂性土边坡滑塌时，破裂面近似平面，稳定 性分析时采用直线破裂面法；
二、边坡稳定性验算
第一节 边坡稳定性验算
路基边坡稳定的力学计算基本方法是分析失稳滑 动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按静力平 衡原理，取两者之比为稳定系数K，即：
K=R/T
季节性作用于挡土墙的各种力。 • 特殊力系：
偶然出现的力。 • 一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系，在浸水
地区应考虑附加力，地震地区还应考虑地震对挡 土墙的影响，按最不利的组合进行设计。
二、挡土墙土压力计算
第三节 挡土墙
2. 一般条件下Coulomb主动土压力计算 土压力的类型 ：主动土压力、被动土压力、静止 土压力
• 适用：墙高较大、石料缺乏或挖基困难。
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
锚杆式和锚定板式挡土墙
一、挡土墙的种类与构造
第三节 挡土墙
3) 薄壁式挡墙 ❖形式：悬壁式、扶壁式。 ❖特点：构件断面小，结构的稳定性主要依靠 踵板上的填土重量来保证。自重轻，圬工省。 ❖适用：墙高较大。
一、挡土墙的种类与构造
主要依靠自身的重量来维持边坡稳定 • 主要材料：石料
• 特点：能就地取材，地基强度要求较高

圆心辅助线的确定方法：
4.5H法：
2
1.边坡计算高度H=h1+h0；
h0
2.G点的确定：由A点作垂线，取深度为H
3.E点的确定：由G1点作水平线，取h距1 离H 为4.5H
4.F点的确定：由角度β1和β2的边线相交
β1与β2路基边坡率有关，可查表(4-1)确定。
β1——以AB′平均边H坡线为准；
β2——以B′点的水平线为准。
1.25 2a 0.4663 0.5 2 a0.4663 a 1.118
Φ=250， c=14.7kpa, γ=17.64
2c Hmin a 8.33m
得：a=0.20,
所以允许路基最大高度为 8.33m.
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§4-3 曲线滑动面的边坡稳定性分析
一般的土
粘结力 滑动面呈曲面
路基边坡稳定性分析计算方法：
✓工程地质法(比拟法)：实践经验 近
似
✓力学分析法：数解方法 ★
解
✓基图本解方法法：：图解简化 抗滑力
稳定系数 K= R T
<1:边坡不稳定
K =1:极限平衡状态 ＞1:边坡稳定,工程上一般规定K≥1.20~1.25
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行车荷载是边坡稳定的主要作用力,换算方法：
则： K=f A+ c B H
其中A、B为换算系数
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推 导 过 程 ：
K=
f
Ni c Ti
L
f
(ab cosi ) c (ab sini )
L
f
(XYH 2 cosi ) c (XYH 2 sini )
ZH
f (XYcosi ) c
Z