高路堤边坡稳定性设计

1 稳定性设计方法及适用条件

路基边坡稳定性分析和验算的方法有很多, 归纳起来有力学验算法和工程地质法两大类。力学验算法又叫极限平衡法, 假定边坡沿某一滑动面破坏, 按力学平衡原理进行计算。因此, 根据滑动面的形状的不同又分为直线法、圆弧法和折线法三大类。

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拟定出路基边坡稳定性参考表, 供设计采用。

2 力学验算法的基本假定

(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以上达到。 (3) 按平面问题处理。 (4) 滑动面位置要通过计算确定。

3 验算边坡稳定性

现有一路堤表层为耕植土, 其下为亚粘土, 下伏亚砂土层, 故按圆弧法计算。选择最高的路堤K5+607.50顶宽35m, 高9.956m, 填料容重γ=17.64kN/m3, 单位粘聚力c=16.7kN/m2, 内摩阻角Ф=20°, 设计荷载汽车-20。

(1) 当量土柱高的计算。

当量土柱高度:在边坡稳定性验算是需要按车辆最不利情况进行排列, 把车辆荷载换算成当量土柱高, 即以相等压力的土层厚度来代替荷载叫做当量高度用0h表示。

式中:N为横向分布的车辆数;

G为一辆车的重力, kN, 可按设计汽车的重车计算, 汽车-20重车为3 0 0 k N;

B为横向分布车辆最外轮中心之间的宽度家轮胎着地宽度, m, 依照《公路工程技术标准》 (JTJ01-88) ;

b为每一辆车的轮胎 (或履带) 外缘之间的净距, 1.8m;

m为相邻辆车辆轮胎 (或履带) 之间的净距, 1.3m;

Δ为轮胎着地宽度, 对汽车-10级、汽车-15级主车为0.5m, 对汽车-20级主车、重车为0.6m, 路基宽度内能并排六辆车B=1.86+ (6-1) 1.3+0.6=1 7.6 m;

L为车辆前后轴距加轮胎着地长度, m, 对汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级主车为4.2m, 对汽车-20级重车为5.6m, 对汽车-超20级重车为13.0m;

(2) 按4.5H法确定圆心辅助线。

连接坡脚E和坡顶S, 得边线ES, 其坡度比为1/1.45, 查《路基路面工程》表3-1得β1=26°β2=35°过SE和坡顶水平线分别作角

β1=26°β2=35°两角线交点为I, 过坡脚E作垂线EF=H (包含换算土柱高度0h) , 过F点作水平线FM=4.5H, M点即为圆心辅助线的另一点, 连接IM即得圆心辅助线。

(3) 计算稳定系数。

根据前述规定, 圆弧条分发验算边坡稳定性计算式为:

式中:K为稳定系数, 容许值[K]一般取1.25~1.5;

MR为抗滑力矩, kN/m;

MS为滑动力矩, kN/m;

f为土的摩擦系数;

L为圆弧总长;

αi为各土条中心对y轴的夹角;

iQ为各土条的重量Qi=Ai×γ;

Ai为各土条的面积;

Ni为土条滑动面法线方向的反力;

Ti为土条在滑动面上的切向力;

为求得某个滑动面稳定系数, 现在圆心辅助线上取任意点为圆心O1, 以为半径R, 过坡脚E作圆弧, 如图所示, 然后将滑动体分条, 分条数一般以十条左右为宜, 分条宽度可以相等也可以不等。过圆心取纵横坐标x与y, 土条被y轴分成左右两部分, 量出各土条中心对y轴的横距xi, 按可得土条对y轴的夹角αi, 根据圆心角θ可求出弧长L。