公路工程概论第5.7节 路基边坡稳定性验算
- 格式:ppt
- 大小:1.71 MB
- 文档页数:26
《路基工程》路基稳定性验算概念课件 (一)《路基工程》路基稳定性验算概念课件是一份非常有用的资料,其内容涉及到路基工程中一项非常重要的部分——路基稳定性验算。
在这份课件中,我们可以学到路基稳定性验算的相关概念、验算原理和方法,以及一些实际案例的应用和分析。
下面从以下几个方面对该课件进行详细介绍和分析。
一、概念解析该课件首先对路基和路基稳定性验算的相关概念进行了解析和说明。
路基是公路工程中最基本的构造部分之一,它是公路水平线、纵断面和横断面上的地基部分。
路基稳定性验算是指对路基工程进行力学计算和工程设计所必需的稳定性验算。
二、验算原理与方法在课件的第二部分,我们可以学到路基稳定性验算的原理和方法。
课件详细讲述了路基设计中的负荷计算、土体参数的测试方法、土体稳定性分析的理论和方法、路基稳定性分析方法以及影响因素等方面的内容。
这些内容对路基的稳定性验算来说都非常重要,可以帮助我们更好地进行稳定性计算和设计。
三、案例应用分析课件最后一部分,是通过一些实际案例来应用及分析路基稳定性验算的方法和原理。
这些案例中,涉及到不同类型的路基工程,如高速公路、水利工程等,并且分别解析了其稳定性验算的方法和步骤。
这些案例的具体分析更方便我们了解到如何在实际中正确进行路基稳定性验算,也方便我们更好地理解路基稳定性验算的重要性和技术难点。
在整份课件中,课件内容条理清晰、系统完整,且都配有图表和实例数据加以说明,让学生能够更好地理解路基稳定性验算的理论、方法和实际应用,掌握相应的技能和知识,更好地为公路工程服务。
总之,学习该课件的学生可以对路基工程进行更为准确、全面的稳定性验算,从而更好地保障公路工程的安全和可靠性。
路基边坡稳定性验算计算书
一、计算说明
本设计路线中,以K0+080断面路堑边坡高度(H=30m)最高,故本计算算例取K0+080断面边坡进行计算。
具体边坡稳定性分析参数:路基填土为低液限粘土,粘聚力c=10Kpa,内摩擦角27度。
容重r=17KN/m3,荷载为公路Ⅰ级。
计算方法采用4.5H法确定圆心辅助线。
此边坡坡率不一致,故采用平均坡度进行计算,经计算可知此边坡的平均坡度为1:1.如下图示:
二、计算过程分析
计算原理采用瑞典条分法,将圆弧滑动面上的土体按照6m的宽度进行划分。
下图所示为o1圆弧滑动面的计算实例
采用计算表格可得计算结果:
L=
=R θπ
180
88.02m 则边坡稳定系数为: =
+=
∑∑i
hi b i
hi b cL Ks θγθϕγsin cos tan =⨯⨯⨯⨯⨯+⨯505
.9661701
.23927tan 61702.8810 1.35>1.25
按照上述方法一一计算出o2、o3、o4、o5处的稳定系数分别为1.32、1.29、1.33、1.37.故取Ks=1.29为最小的稳定系数,此时由于Ks>1.25,所以边坡稳定性满足要求。
6.2 路基边坡稳定性分析6.2.1 概述根据对边坡发生滑坍现象的观察,边坡破坏时形成一滑动面。
滑动面的形状与土质有关。
对于粘性土,滑动土体有时像圆柱形,有时你碗形。
对于松散的砂性土及砂土,滑动面类似于平面。
在进行边坡稳定性分析时,大多采用近似的方法,并假设:(1)不考虑滑动土体本身内应力的分布;(2)认为平衡状态只在滑动面上达到,滑动土体成整体下滑;(3)极限滑动面位置要通过试算来确定。
路基边坡稳定性分析方法可分为两类,即力学分析法和工程地质法。
力学分析常用的边坡稳定性分析方法,根据滑动面形状分直线破裂面法和圆弧破裂面法,简称直线法和圆弧法。
直线法适用于砂类土,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。
圆弧法适用于粘性土,土的抗力以粘聚力为主,内摩擦力较小。
边坡破坏时,破裂面近似圆柱形。
下面着重讲圆弧法。
6.2.2 圆弧法(1)圆弧法的基本原理圆弧法假定滑动面为一圆弧,它适用于边坡有不同的土层、均质土边坡,部分被淹没、均质土坝,局部发生渗漏、边坡的折线或台阶形的粘性土的路堤与路堑。
圆弧法是将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条,依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力,然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性。
圆弧法的计算精度主要与分段数有关。
分段愈多则计算结果愈精确,一般分8-10段。
小段的划分,还可结合横断面特性,如划分在边坡或地面坡度变化之处,以便简化计算。
用圆弧法进行边坡稳定性分析时,一般假定土为均质和各向同性;滑动面通过坡脚;不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响,土条不受侧向力作用,或虽有侧向力,但与滑动圆弧的切线方向平行。
(2) 圆弧法的基本步骤(通过例子来讲解)取本设计中桩号K1+580的断面进行分析,其基本的数据为:左侧边坡高为5.572 “米,路基宽度为13.5米,路堤边坡坡度为1:1.5,其横断面如下图所示。
天然土为粘土,土的粘聚力10=,内摩擦角为22°(0.404c kP atgϕ=),容重320/kN m γ=,设计荷载为汽-20(一辆车重力达300kN ),验算荷载为挂-100。
路基边坡稳定性验算路基土为粘性土质,拟定基本参数为:土的粘聚力kpac 10=,内摩擦角25º,容重3/16mkN =γ。
荷载按黄河JN-150。
取全线未设挡土墙处最高路堤处行边坡稳定性验算,桩号为K1+020。
粘性土质采用圆弧破裂面法,并用条分发进行土坡稳定性分析。
(1)将黄河JN-150换算成土柱高。
按最不利的情况其中一辆黄河车停在路肩上,另一辆以最小间距md4.0=与它并排按下式换算土柱高BLNQh γ=式中:N ----横向分布车辆数,单车道1=N ,双车道2=N ;Q----每一辆车的重量,KN ; L ----汽车前后轴的总距,m;B----横向分布车辆轮胎最外缘之间总距,m ;()dN Nb B 1-+=其中:b ----每一辆车轮胎最外缘之间的距离,m ;d----相邻两辆车轮胎之间的距离,m考虑到车辆停放在路肩上,认为0h 厚的当量土层分布在整个路基宽度上。
∴ ()md N Nb B4.74.05.321=+⨯=-+=∴ mBLNQh 570.02.44.7176.15020=⨯⨯⨯==γ(2)采用4.5H 法确定圆心辅助线,具体如下: ①由坡脚E 向下引竖线,在竖线上截取高度mh h H 77.7570.02.70=+=+=得F 点。
②自F 向右引水平线,在水平线上截取mH965.3477.75.45.4=⨯=,得M 点。
③连接边坡坡脚E 和顶点S ,求得SE 的斜度39.1:172.10:759.70==i ,据此查粘土边坡表得35,2621==ββ。
由E 点作与SE 成1β角的直线,再由S 点作与水平线成2β角的直线,两条直线交于点I 。
④连接I 和M 两点得到圆心辅助线。
(3)绘出三条不同位置的滑动曲线(都过坡脚):①一条过路基中线;②一条过路基边缘;③一条过距左边缘1/4路基宽度处。
(4)通过平面几何关系找出三条滑动曲线各自的圆心。
(5)将土基分段,每段如图(图中以曲线①和曲线②为例进行划分,段始于左侧)宽1m ,最后一段可能略小一点。
§1边坡稳定性验算概述
一.边坡稳定原理
边坡滑动破坏时形成一个滑动面,其形状与土质有关.
下滑是单一平面,静力平衡.
多个破坏面,多次超静定问题.通过假设使其变成静定问题.
1.路基边坡稳定设计原理(静定性假设)
假设1 按平面问题来计算
假设2 砂性土按直线破裂法计算
假设3 粘性土按圆弧破裂法计算
2.稳定性分析近似假设
假设1 不考虑土体本身内应力的分布
假设2 在滑动面上下滑,整体下滑
假设3 试算法计算极限滑动面
二.稳定性分析计算参数
1.土的计算参数
土的计算参数: 容重,内摩擦角,粘聚力.
多层路基土情况下,取各层土的加权平均(公式4-1,4-2,4-3)。
天然边坡(或路堑)及路堤边坡,分别取原状的和压实土的实验数据.
2.边坡的取值
取平均边坡值.
3.汽车荷载当量换算
路基除承受自重作用外,同时还承受行车荷载的作用。
在边坡稳定性分析时,需要将车辆按最不利情况排列,并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高。
当量土柱高度h0的计算式为
三.稳定性验算方法
1.力学分析法
1)数解法:假定几个不同的滑动面,按力学平衡原理对每个滑动向进行边坡稳定性分析,从中找出极限滑动面.按此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。
2)图解或表解法:在计算机和图解分析的基础r,制定成图或表坡稳定性分析。
2.工程地质法
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。
边坡稳定性计算边坡稳定性验算(注意本文的错别字:正玄应该是正弦)2.1基本资料路线经过区域路基填土为粘土,道路沿线最大路基边坡高度为14.084m,因此,拟验算路基高度为14m,边坡为梯形边坡。
土力学指标:天然容塑限液限含水量粘聚力内摩擦重(KN/m3) (%) (%) (%) (kPa) 角(。
)19 14 27 19 19 272.2路基稳定性验算公路按一级公路标准,双向四车道,设计车速为80km/h,路基宽度为24.5m,荷载为车辆重力标准值550KN,中间带取3m,车道宽度3.75m,硬路肩2.5m,土路肩0.75m,进行最不利布载时对左右各布3辆车。
路堤横断面图如下:将标准车重转换成土柱高度,按下列公式计算:公式中:L---纵向分布长度(等于汽车后轴轮胎的总距),即L=3+1.4+7.0+1.4+0.2=13mB---横向分布车辆轮胎最外缘间总距,即B=Nb+(N-1)m+其中:N为车辆数,取6m为相邻两车的轮距,取1.3mΔ为轮胎着地宽度,取0.6m即因此按4.5H法确定滑动圆心辅助线,上部坡度为1:1.5,下部坡度为1:1.75,台阶宽为3m,因此,查规范得,。
绘制不同位置的滑动曲线:a 、滑动曲线过路基中线,将圆弧范围土体分成10块,如下:(从右往左分为9,10块)分段正玄角度余玄面积 Gi Ni Ti L 1 0.857412 1.03022 0.5146313.925 264.575 136.1583 226.8498 2 0.708957 0.788018 0.705252 35.9841 683.6979 482.1793 484.7122 3 0.560501 0.594991 0.828154 49.5648 941.7312779.8981 527.8415 4 0.412046 0.424698 0.911163 53.9562 1025.168 934.0952 422.416 5 0.26359 0.266742 0.964635 49.1356 933.5764 900.5602 246.0816 6 0.115135 0.115391 0.99335 41.5919 790.2461 784.9909 90.98472 7 -0.03332 -0.03333 0.999445 36.1144 686.1736 685.7926 -22.8639 45.4687 8 -0.18178 -0.18279 0.98334 28.2179 536.1401 527.208 -97.4576 9 -0.33023 -0.336550.9439 14.7831 280.8789 265.1216 -92.7552 10 -0.43693 -0.45219 0.8994931.6194 30.7686 27.67615 -13.4439K= 2.08 b、滑动曲线过路基左边缘1/4处,将圆弧范围土体分成8块,如下: (从右往左分为7,8块)分段正玄角度余玄面积 Gi Ni Ti L 1 0.801321 0.9295 0.59823510.9259 207.5921 124.1888 166.3479 2 0.663357 0.725296 0.748303 27.8226 528.6294 395.5752 350.6698 3 0.525392 0.553176 0.85086 30.7743 584.7117 497.5078 307.203 4 0.387428 0.39784 0.9219 28.4433 540.4227 498.2157 209.3749 5 0.249464 0.252126 0.968384 24.3881 463.3739 448.7239 115.595 6 0.111499 0.111732 0.993765 24.4117 463.8223 460.9301 51.71587 7 -0.02647 -0.02647 0.99965 15.3938 292.4822 292.3798 -7.74054 37.0566 8 -0.15796 -0.15863 0.987445 4.8077 91.3463 90.19946 -14.4293K= 1.81 c、滑动曲线过路基左边缘处,将圆弧范围土体分成7块,如下:(从右往左分为6,7块)分段正玄角度余玄面积 Gi Ni Ti L 1 0.746944 0.843455 0.6648863.7323 70.9137 47.14956 52.9686 2 0.63156 0.683564 0.775327 8.6782164.8858 127.8404 104.1353 3 0.516175 0.54238 0.856483 9.3948 178.5012 152.8832 92.13794 4 0.400791 0.41238 0.91617 12.1201 230.2819 210.9773 92.2949 5 0.285406 0.28943 0.958407 11.4438 217.4322 208.3884 62.05655 6 0.170022 0.170852 0.98544 6.0707 115.3433 113.6639 19.61089 7 0.090695 0.09082 0.995879 0.5404 10.2676 10.22528 0.931221 30.0196K= 2.39 d、滑动曲线过路基左边缘1/8处,将圆弧范围土体分成8块,如下: (从右往左分为7,8块)分段正玄角度余玄面积 Gi Ni Ti L 1 0.772359 0.882546 0.6351879.5619 181.6761 115.3982 140.3191 2 0.644114 0.699864 0.76493 18.6539 354.4241 271.1095 228.2894 3 0.515869 0.542021 0.856668 19.6007 372.4133 319.0344 192.1164 4 0.387624 0.398052 0.921818 17.4366 331.2954 305.394 128.418 5 0.259379 0.262379 0.965776 18.765 356.535 344.3328 92.47759 6 0.131134 0.131512 0.991365 14.0517 266.9823 264.6768 35.01038 7 0.0028890.002889 0.999996 6.012 114.228 114.2275 0.329973 33.3793 8 -0.07025 -0.07031 0.997529 0.1015 1.9285 1.923735 -0.13548K= 1.86 e、滑动曲线过路基左边缘3/8处,将圆弧范围土体分成9块,如下: (从右往左分为8,9块)分段正玄角度余玄面积 Gi Ni Ti L 1 0.830504 0.980012 0.55701312.2804 233.3276 129.9664 193.7795 2 0.685874 0.755803 0.727721 32.1727 611.2813 444.8421 419.2617 3 0.541243 0.571915 0.840866 42.3245 804.1655 676.1955 435.2491 4 0.396613 0.407824 0.917986 40.7737 774.7003 711.164 307.256 5 0.251982 0.254728 0.967732 35.6655 677.6445 655.7782 170.75446 0.107352 0.107559 0.994221 30.591 581.229 577.8701 62.396057 -0.03728 -0.03729 0.999305 26.535 504.165 503.8146 -18.7945 41.0797 8 -0.18191 -0.18293 0.983315 15.6189 296.7591 291.8078 -53.9831 9 -0.30282 -0.30765 0.953049 3.2127 61.0413 58.17535 -18.4843K= 1.90 f、滑动曲线过路基左边缘3/16处,将圆弧范围土体分成8块,如下: (从右往左分为7,8块)分段正玄角度余玄面积 Gi Ni Ti L 1 0.786623 0.90532 0.61743410.3553 196.7507 121.4806 154.7685 2 0.653128 0.711708 0.757247 23.7905 452.0195 342.2906 295.2266 3 0.519634 0.546422 0.854389 25.0749 476.4231 407.0507 247.5655 4 0.386139 0.396443 0.92244 22.6535 430.4165 397.0336 166.2007 5 0.252645 0.255413 0.967559 21.2606 403.9514 390.8468 102.0562 6 0.11915 0.119434 0.992876 18.7468 356.1892 353.6518 42.4401 7 -0.01434 -0.01434 0.999897 10.4511 198.5709 198.5505 -2.8483 35.1763 8 -0.11603 -0.11629 0.993246 1.5087 28.6653 28.47169 -3.32604K= 1.80 由此得出6个滑动面的K值,作图如下:其中:,,,,,,可见第三条曲线为极限的滑动面,,因此本设计采用的边坡稳定性偏安全,符合要求。
第5章 路基稳定性验算对于地质与水文条件复杂、高填深挖、地面坡度陡于1:2.5的边坡,应进行边坡稳定验算。
本路基设计中出现了较高路堤和深路堑,需要进行边坡稳定性验算;同时结合实际情况,选定合理的工程技术措施提高路基稳定性。
5.1高路堤边坡稳定性计算本路线中桩号K1+000处边坡填土高度最大为13.31m ,填土高度较大,须进行路堤稳定性验算,验算采用圆弧滑动面条分法进行计算。
基本资料:土质路堤边坡高H=13.31m ,设置边坡坡率为:上部6m ,边坡1:1.5;下部7.31m ,边坡1:1.5,变坡处设2m 护坡道,填土的粘聚力30kpa c =,内摩擦角30ϕ=︒,容重325kN/m γ=,地基土的粘聚力0=c ,内摩擦角30ϕ=︒,容重318kN/m γ= 。
计算荷载为公路一I 级汽车荷载。
计算过程如下: (1)行车荷载换算高度h 0 按下式计算换算土柱高h 0为:0NQh BL γ=式中:L —前后轮最大轴距,按《公路工程技术标准》(JTG B01-2014) 规定对于标准车辆荷载为为12.8m ;B —横向分布宽度:=(1)B Nb N m d +-+=2×1.8+(2-1)×1.3+0.6=5.5m 因此 0h =55020.6255.512.825⨯=⨯⨯m由于行车荷载对较高路堤边坡稳定性影响较小,为简化计算,将换算高度分布于路基全宽上。
(2)确定圆弧辅助线位置本例按4.5H 法确定滑动圆心辅助线。
由13.81tan0.66713.81 1.5α==⨯知α=33.69°,查规范得1β=26°,2β=35°。
根据4.5H法确定圆心位置,如下图。
图5-1 4.5H法确定圆心(3)计算位置选取:①通过路基中线;②通过路基右边缘;③通过距路基右边缘1/4路基宽度处。
图5-2 滑动面经过距路基左边缘1/4路基宽度处图5-3 滑动面经过路基中央分隔带边缘图5-4滑动面经过距路基右边缘1/4路基宽度处。
边坡稳定性验算用4.5H法,计算采用迭代法,参照公路路基设计手册和公路路基设计规范,建议过路肩、四分之一、二分之一,三分之二画弧,做弦,再过弦中心作垂线找圆心,找完圆心后将通过迭代法来确定稳定系数,以稳定性系数K 的数值绘制稳定性圆弧,过圆弧作与直线EF 平行的切线MN,最小稳定性系数即是MN 与圆弧的切点所对应的数值,实际上最危险滑动面圆心位置有时并不一定在EF 的延长线上,而可能在其附近,因此以上确定的圆心可能并不是最危险滑动面圆心,这时可以通过该圆心作直线EF 的垂线,再在垂线方向上用同样的方法找最不利圆心,两次确定的最不利圆心(两个最不利圆心有可能会重合)均满足要求(大于1.35)才行。