路基边坡稳定性分析本设计任务路段中所出现的最大填方路段,在桩号K8+480 处。
该路堤边坡高31.64m,路基宽26m,需要进行边坡稳定性验算。
1.确定计算参数对本段路堤边坡的土为粘性土,根据《公路路基设计规》(JTG D30—2004),取土的容重γ=18kN/m³,粘聚力C=20kpa。
摩擦角=23º由上可知:填土的摩擦系数ƒ=tan23º=0.4361。
2.荷载当量高度计算行车荷载换算高度为:h0—行车荷载换算高度;L—前后轮最大轴距,按《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)规定对于标准车辆荷载为12.8m;Q—一辆车的重力(标准车辆荷载为550kN);N—并列车辆数,双车道N=2,单车道N=1;γ—路基填料的重度(kN/m3);B—荷载横向分布宽度,表示如下:式中:b—后轮轮距,取1.8m;m—相邻两辆车后轮的中心间距,取1.3m;d—轮胎着地宽度,取0.6m。
3. BISHOP法求稳定系数Fs基本思路:首先用软件找出稳定系数Fs 逐渐变化的情况,找到一个圆心,经过这个滑动面的稳定系数Fs 是所选滑动面中最小的,而它左右两边所取圆心滑动面的Fs 值都是增加,根据Fs 值大小可以绘制Fs 值曲线。
从而确定最小Fs 值。
而用ecxel 表格计算稳定系数Fs 时,选择的3个圆心分别是软件计算Fs 值中最小的那个圆心和它左右两边逐渐增大的圆心。
3.1 最危险圆弧圆心位置的确定(1)按4.5H 法确定滑动圆心辅助线。
由表查得β1=26°,β2 =35°及荷载换算为土柱高度h0,得G点。
a .由坡脚A 向下引竖线,在竖线上截取高度H=h+h0(h 为边坡高度,h0 为换算土层高)b.自G 点向右引水平线,在水平线上截取4.5H,得E 点。
根据两角分别自坡角和左点作直线相交于F 点,EF 的延长线即为滑动圆心辅助线。
c.连接边坡坡脚A 和顶点B,求得AB 的斜度i=1/m,据此查《路基路面工程》表4-1得β1,β2。
(2)绘出三条不同的位置的滑动曲线(3)将圆弧围土体分成8-12段。
(4)算出滑动曲线每一分段中点与圆心竖曲线之间的偏角αi ;sinα=X/R (2-4)式(2-4)中:X—分段中心距圆心竖曲线的水平距离,圆心竖曲线左侧为负,右侧为正;R—滑动曲线半径计算结果见边坡稳定性分析表。
3.2 计算思路(1)每一分段的滑动弧曲线可近似取直线,将各段图形简化为梯形或三角形,分段计算面积F,其中包括荷载换算成土柱部分的面积在。
(2)计算稳定系数:首先设定一个Fs 值算出M,代入公式算出一个Fs 值与设定Fs 值相比较如小于所设Fs 值的百分之一就可确定所设Fs 值为此点的边坡稳定性Fs值。
当土条i 滑弧位于地基中时:式中:W di —第i土条地基部分的重力;W ti —第i 土条路堤部分的重力;b i —第i 土条宽度;U—地基平均固结度;令U=1。
c di 、ϕ di—第i 土条滑弧所在地基土层的粘结力和摩擦角;当土条i 滑弧位于路堤中时式中:ti c 、ti ϕ—第i 土条滑弧所在路堤土的粘结力和摩擦角。
其中:(3)同理可求出其他滑动曲线的稳定系数。
3.3 具体计算过程及图表3.3.1以O1 为圆心过坡脚做一滑动面,R=54.59 m。
(1)假设Fs =1.6629,计算结果如表2-1 所示:表2-1 计算土坡的稳定安全系数土条号k= 1.6629 1.7371 1.7209 k= 1.0000 1.7371 1.72091 0.7972 0.8140 0.8130 425.8474 417.10242 0.8102 0.7998 0.7996 865.0987 876.2758 876.49033 0.9016 0.8925 0.8924 1092.3881 1103.5185 1103.5470计算可得ii11983.9876==1.6629()sin 7206.8835S IiKF W Q a=+∑∑(2)假设s F =1.85,计算结果如表2-2 所示:表2-2 计算土坡的稳定安全系数计算可得ii9230.9918==1.4995()sin 6155.9399S IiKF W Q a=+∑∑(3)假设F s = 1.4005 ,计算结果如表2-3 所示:4 0.9867 0.9857 0.9857 1244.8689 1246.1106 1246.11115 1.0410 1.0426 1.0426 1392.4018 1390.2279 1390.2279 6 1.0741 1.0758 1.0758 1511.5463 1509.2129 1509.21297 1.0879 1.0888 1.0888 1617.0062 1615.6526 1615.6526 8 1.0822 1.0822 1.0822 1648.0239 1648.0252 1648.0252 9 1.0554 1.0547 1.0547 1452.0574 1452.9704 1452.9704 10 1.0019 1.0016 1.0016 1141.3549 1141.7503 1141.7503 11 0.9214 0.9234 0.9234585.5778 584.2642 417.6119 12390.5936 12402.5837 11983.9876k=1.71931.72091.6629土条号k= 1.4995 1.4994 1.4995 k= 1.0000 1.4994 1.4995 1 0.8701 0.8701 0.8701 314.2685 314.2706 314.2685 2 0.8852 0.8852 0.8852 608.9926 608.9931 608.9926 3 0.9602 0.9602 0.9602 772.6665 772.6665 772.66654 1.0205 1.0205 1.0205 898.4644 898.4644 898.4644 5 1.0598 1.0598 1.0598 1020.7949 1020.7949 1020.79496 1.0822 1.0822 1.0822 1113.2770 1113.2770 1113.27707 1.0888 1.0888 1.0888 1190.4929 1190.4929 1190.4929 8 1.0795 1.0795 1.0795 1252.2804 1252.2804 1252.2804 91.0536 1.0536 1.0536 1162.0751 1162.0751 1162.0751 10 1.0069 1.0069 1.0069 896.1801 896.1801 896.1801 11 0.9420 0.9420 0.9420457.2352 457.2352 457.23529230.4923 9230.9943 9230.9918k=1.49941.49951.4995表2-3 计算土坡的稳定安全系数土条号 k= 1.4005 1.0412 1.4005 k= 1.0000 1.4008 1.40051 1.0143 1.0196 1.0143159.5928 158.7618 159.59282 1.0452 1.0450 1.0452 230.3038 230.3630 230.30383 1.0653 1.0653 1.0653 295.8916 295.8857 295.89164 1.0791 1.0791 1.0791 333.3103 333.3110 333.31035 1.0868 1.0868 1.0868 362.5917 362.5916 362.5917 6 1.0879 1.0879 1.0879 395.7607 395.7607 395.7607 7 1.0826 1.0826 1.0826 411.9054 411.9054 411.90548 1.0704 1.0704 1.0704 408.7317 408.7317 408.73179 1.0505 1.0505 1.0505 394.0881 394.0881 394.0881 10 1.0222 1.0222 1.0222 355.0898 355.0898 355.0898 11 0.9897 0.98970.9897231.8671 231.8671 231.8671 3579.1332 3578.3560 3579.1332k=1.4008 1.4005 1.4008计算可得ii3579.1332==1.4008()sin 2554.9760S IiKF W Q a=+∑∑(4)假设F s = 1.3628 ,计算结果如表2-4 所示:表2-4 计算土坡的稳定安全系数 土条号 k= 1.3628 1.3625 1.3625 k= 1.0000 1.3625 1.3625 1 0.9811 0.9811 0.9811 182.1083182.1090 182.1090 2 1.0117 1.0117 1.0117 304.1986 304.1986 304.1986 3 1.0445 1.0445 1.0445 398.6709 398.6709 398.6709 4 1.0678 1.0678 1.0678 458.6902 458.6902 458.6902 5 1.0825 1.0825 1.0825 507.8855 507.8855 507.8855 6 1.0883 1.0883 1.0883 556.8107 556.8107 556.8107 7 1.0854 1.0854 1.0854 624.0164 624.0164 624.0164 8 1.0734 1.0734 1.0734 598.4039 598.4039 598.4039 9 1.0513 1.0513 1.0513 594.5305 594.5305 594.5305 10 1.0183 1.0183 1.0183 532.8149 532.8149 532.8149 11 0.9778 0.9778 0.9778 283.1237 283.1237 283.1237 5041.2535 5041.2542 5041.2542 k=1.36251.36251.3625计算可得ii5041.2542==1.3625()sin 3700.0129S IiKF W Q a=+∑∑(5)假设s F =1.4815,计算结果如表2-5所示表2-5 计算土坡的稳定安全系数 计算可得ii7162.8559==1.4815()sin 4834.8965S IiKF W Q a=+∑∑计算出的FS 与假设的FS 相差很小,即FS =1.48垂直方向的圆心2O 做法与1O 相同,假设的Fs 与计算的的Fs 相等,取F s =1.54 3.3.2smin F 的确定。