路基路面工程11PPT资料.ppt
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(3)边坡形状:
突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下缓的凹形坡易于下滑;
由于粘性土有粘聚力,当土坡不高时尚可直立,但随时间和气候的变化,也会逐渐塌落。
第一节概述,外部原因
(1)降水或地下水的作用:
持续的降雨或地下水渗入土层中,使土中含水量增高,土中易溶盐溶解,土质变软,强度降低;
还可使土的重度增加,以及孔隙水压力的产生,使土体作用有动、静水压力,促使土体失稳,故设计斜坡应针对这些原因,采用相应的排水措施。
(2)振动的作用:
如地震的反复作用下,砂土极易发生液化;
粘性土,振动时易使土的结构破坏,从而降低土的抗剪强度;
车辆运动、施工打桩或爆破,由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。
(3)人为影响:
由于人类不合理地开挖,特别是开挖坡脚;
或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近;
在斜坡上建房或堆放重物时,都可引起斜坡变形破坏。
第一节概述,3、路基边坡失稳原因的力学分析:
根本原因:
边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。
具体原因:
(1)滑面上的剪应力增加;
(2)滑面上的抗剪强度减小。
4、边坡稳定性设计方法,第一节概述,验算法基本假定:
不考虑滑动土体本身内应力分布;
认为平衡状态只在滑动面上达到,滑动时成整体下滑;
最危险的破裂面位置通过试算确定。
力学验算法,工程地质法,假定边坡沿某一形状滑动面破坏,按力学平衡原理进行计算,根据滑动面的不同分为直线法,圆弧法和折线法。
第一节概述,5、路基边坡稳定的力学计算原理基本方法:
分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗下滑力R,按照力学平衡原理,取两者的比值作为稳定系数K,即:
第一节概述,6、汽车荷载当量换算按车辆最不利组合,将车辆的设计荷载换算成当量土柱高,即以相等压力的土层厚度代替荷载,以h0表示,h0称荷载当量高度。
公式中参数含义详见教材P73,公式4-1,第一节概述,7、滑动面形状,c)非均质的多层土或含软弱夹层的土坡:
复合滑动面,a)无粘性土:
平面,b)均质粘性土:
光滑曲面圆柱面/圆弧),主要内容,第一节概述第二节直线滑动面的边坡稳定性分析第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析第四节浸水路堤的稳定性分析第五节软土地基的路基稳定性分析,1、适用范围直线法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。
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,第二节直线滑动面的边坡稳定性分析,2、试算法,式中:
滑动面的倾角;
f摩擦系数,f=tan;
L滑动面AD的长度;
N滑动面的法向分力;
T滑动面的切向分力;
c滑动面上的粘结力;
Q滑动体的重力;
路堤土体的内磨擦角。
方法:
假定,计算K与的关系。
第二节直线滑动面的边坡稳定性分析,3、解析法,微分法求解边坡稳定系数最小值,式中:
主要内容,第一节概述第二节直线滑动面的边坡稳定性分析第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析第四节浸水路堤的稳定性分析第五节软土地基的路基稳定性分析,1、适用范围土的粘力使边坡滑动面多呈现曲面,通常假定为圆弧滑动面。
圆弧法适用于粘土,土的抗力以粘聚力为主,内摩擦力力较小。
边坡破坏时,破裂面近似圆柱形。
第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析,2、圆弧法条分法的基本原理圆弧法:
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。
第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析,1)瑞典法假定:
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。
第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析,2)瑞典法平衡公式:
假设(静定化条件)各土条间Si,Si+1的合力平行于滑动面,并且相等(Si=Si+1)。
建立土条垂直于滑动面的静力平衡方程:
第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析,3、分析步骤1)确定圆心4.5H法和36线法a由坡脚A向下引高度为H(H=填土高+换算土柱高)的竖线,得出G点;
b由G点向右引水平线,在水平线上截取4.5H,得E点;
c连接坡脚A与顶点B,并求出AB的坡率1:
m;
d根据1:
m的值查表得出1和2;
e由A点引与AB成1角的直线,又由顶点B引与水平面成2角的直线,两直线交于F点;
f接连EF,该直线即为滑动圆弧圆心辅助线。
g如果路堤填料仅具有粘聚力,则圆心即为F点,如果路堤填料除粘聚力外尚具有摩擦力,则滑动圆弧的圆心将随内摩擦角的增大而向外移(离开路堤)。
W,第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析,2)在圆心辅助线上取任意点为圆点,以OA为半径过坡脚A作圆弧。
然后将滑动体分条,每条宽度12m。
3)计算每个土条的土体重G(包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内)。
4)计算滑动力矩和抗滑力矩。
总滑动力矩总抗滑力矩,第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析,5)求稳定系数值6)假定几个可能的滑动面,按上述步骤计算对应的稳定系数。
在圆心辅助线EF上绘出,稳定系数对应于圆心的关系曲线,在该曲线最低点作圆心辅助线EF的平行线,与曲线相切的切点对应的圆心为极限滑动面圆心,对应的滑动面为极限滑动面。
7)判断边坡稳定性,6、圆弧滑动面的图表法及解析法1)表解法和图表法主要是对条分法进行简化后的粗略估算使用表解法见4-9和图解法4-10式2)解析法针对高塑性土,具体分为坡脚圆法和中点圆法坡脚圆法见4-14和中点圆法见4-17式,第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析,主要内容,第一节概述第二节直线滑动面的边坡稳定性分析第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析第四节浸水路堤的稳定性分析第五节软土地基的路基稳定性分析,第四节浸水路堤的稳定性分析,1、浸水路堤的定义和特点浸水路堤:
浸水路堤是指受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等。
浸水路堤的受力特点:
河滩路堤除承受普通路堤所承受的外力及自重力外,还要承受浮力及渗动水压力的作用。
当河中水上升时,水从边坡的一侧或两侧渗入路堤内;
当水位降落时,水又从堤身内向外渗出。
第四节浸水路堤的稳定性分析,水的浸润曲线:
由于在土体内渗水速度比河水中水位升降速度慢,因此,当堤外水位升高时,堤内水位比降曲线(浸润线)成凹形;
当堤外水位下降时,堤内水位比降曲线成凸形。
第四节浸水路堤的稳定性分析,2、渗透动水压力对浸水路堤的作用
(1)水位急速上升时,浸水路堤的浸润曲线下凹,土体除承受竖向的向上浮力外,还承受渗透动水压力的作用,作用方向指向土体内部,有利于土体稳定,经过一定时间的渗透,土体内水位趋于平衡,不再存在渗透动水压力。
(2)水位骤然下降时,浸水路堤的浸润曲线上凸,渗透动水压力的作用方向指向土体外,这将剧烈破坏路堤边坡的稳定性,并可能产生边坡凸起和滑坡,不利于土体稳定,但经过一定时间的渗透,土体内水位也会趋于平衡,不再存在渗透动水压力。
(3)浸水路堤边坡稳定的最不利情况一般发生在最高洪水水位骤然降落的时候,此时渗透动水压力指向路基体外。
第四节浸水路堤的稳定性分析,3、稳定性与路堤填料透水性有关土的渗透性:
由于土中含有空隙,在水位变化过程中伴有土中含水量的变化。
对砂性土渗透性好,动水压力较小;
对黏性土渗透性不好,动水压力也不大;
对亚砂土、亚黏土具有一定的渗透性,动水压力较大,边坡容易失稳。
第四节浸水路堤的稳定性分析,4、动水压力计算,D作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力,kN/m;
I渗流水力坡降(取用浸润曲线的平均坡降);
B浸润曲线与滑动弧之间的面积,m2;
0水的容重,kN/m3,第四节浸水路堤的稳定性分析,5、浸水路堤边坡稳定性分析分析原理浸水路堤的稳定性,应按路堤最不利的情况进行边坡稳定性分析。
其破坏一般发生在最高洪水位骤然降落的时候。
边坡稳定性分析原理和方法与普通路堤边坡稳定性的圆弧法基本相同。
当路堤一侧浸水时,只要注意浸水土条与未浸水土条的基本参数的变化。
第四节浸水路堤的稳定性分析,5、浸水路堤边坡稳定性分析分析方法1)假想摩擦角法基本点:
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。
(只适用于全浸水路堤),第四节浸水路堤的稳定性分析,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,用降低后的内摩擦角反应浮力的影响,而在计算滑动力矩中,不考虑浮力作用,滑动力矩没有减小,用以抵偿动水压力的不利影响。
2)悬浮法,悬浮法计算图式:
1-滑动面;
2-降水曲面,第四节浸水路堤的稳定性分析,浸水路堤稳定性措施通过调查,充分预估浪高、洪水位;
放缓边坡;
设置护坡道;
设置导流结构物。
主要内容,第一节概述第二节直线滑动面的边坡稳定性分析第三节曲线滑动面的边坡稳定性分析第四节浸水路堤的稳定性分析第五节软土地基的路基稳定性分析,第五节软土地基的路基稳定性分析,1、软土地基公路工程线长面广,沿线地质、水文条件复杂多变,受多种因素制约,线路不可避免要穿越软土区;
软土特点:
是细粒土组成的空隙比大(e1)、天然含水量高(wwL,大于3050%)、压缩性高(a1-20.5Mpa-1)、强度低(Cu30Kpa)和具有灵敏结构性的土层。
第五节软土地基的路基稳定性分析,软土分布:
沿海地区、内陆湖泊和河流谷地分布着大量淤泥、淤泥质粘土等软土。
软土分类:
河海沉积湖泊沉积江滩沉积沼泽沉积,软土地段高填方路基,第五节软土地基的路基稳定性分析,主要病害:
在软土地基上修建高速公路会遇到:
路基不稳定、沉降过大及、不均匀沉降等问题,且工程性质恶劣,尤其在振动荷载的作用下,易产生侧向滑移及蠕变,对路基、构筑物的影响较大。
主要措施:
薄层软土原则上清除换土;
厚层软土-稳定分析,达到要求;
加固措施:
采用其他结构物-修筑桥梁,第五节软土地基的路基稳定性分析,2、临界高度的计算
(1)临界高度:
指天然路基状态下,不采取任何加固措施,所容许的路基最大填土高度。
(2)计算公式均质薄层软土地基:
均质厚层软土路基:
Hc容许填土的临界高度(m);
Nw稳定系数,可查表;
填土的容重,kN/m3,第五节软土地基的路基稳定性分析,3、路基稳定性的计算方法软土地基的路堤滑动成圆弧滑面,稳定验算方法应采用圆弧条分法,根据计算过程中参数选择不同,可分为:
总应力法,有效固结应力法,有效应力法。
地基抗剪强度采用总强度(天然十字板快剪强度),或采用直剪快剪指标。
表征稳定性的安全系数为:
PT各土条在滑弧切线方向的下滑力总和;
Si地基土内(AB弧)抗剪力;
Sj地基土内(BC弧)抗剪力;
Pj当第j土条层土工织物每延米宽内的设计拉力。
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