鐵道工程電子教材-9路基的穩(wěn)定性分析-wenkub
2023-07-14 18:45:46 本頁(yè)面
【正文】 就是將滑動(dòng)土體豎向分成若干土條，把土條當(dāng)成剛塑體，分別求作用于各土條上的力對(duì)圓心的滑動(dòng)力矩和抗滑力矩，然后按式（ 95 ）求土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。 R，此外還應(yīng)有由摩擦力所產(chǎn)生的抗滑力矩，這里假定 φ ＝ 0 。假定邊坡破壞時(shí)，滑體 ABC 在自重 W作用下，沿 AC 繞 O點(diǎn)整體轉(zhuǎn)動(dòng)。建立在這一假定上穩(wěn)定分析方法稱為圓弧滑動(dòng)法和圓弧條分法。粘性土的抗剪強(qiáng)度包括摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度兩個(gè)組成部分。通過(guò)穩(wěn)定因數(shù)可以確定 α 和 φ 關(guān)系。這類滑坡滑動(dòng)面的深度與長(zhǎng)度之比往往很小。 sina和 則此時(shí)邊坡的穩(wěn)定程度或安全系數(shù) 可用抗滑力與下滑力來(lái)表示，即 為了保證土坡的穩(wěn)定性，安全系數(shù) Fs 值一般不小于 ，特殊情況下可允許減小到 。 圖 9 － 1 為一砂性邊坡示意圖，坡高 H，坡角 β ，土的容重為 γ ，抗剪度指標(biāo)為 c 、 φ 。這里將主要介紹邊坡穩(wěn)定性分析的基本原理以及在某些邊界條件下邊坡穩(wěn)定的計(jì)算理論和方法。這里將主要介紹邊坡穩(wěn)定性分析的基本原理以及在某些邊界條件下邊坡穩(wěn)定的計(jì)算理論和方法。因此，隨著高速、重載技術(shù)的發(fā)展，必須提高路基的設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，從而保證提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。如果路基不穩(wěn)定，則自然影響上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和使用。但由于客觀和人為的多種因素的影響，在實(shí)際工作中，從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)到設(shè)計(jì)施工，能真正把吃苦工程當(dāng)作基礎(chǔ)、當(dāng)作一種土木結(jié)構(gòu)物對(duì)待是較困難的。 在邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法中，通常采用整體的極限平衡方法來(lái)進(jìn)行分析。 一、邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法 在邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法中，通常采用整體的極限平衡方法來(lái)進(jìn)行分析。 （一）直線破裂面法 所謂直線破裂面是指邊坡破壞時(shí)其破裂面近似平面，在斷面近似直線。如果傾角 α 的平面 AC 面為土坡破壞時(shí)的滑動(dòng)面，則可分析該滑動(dòng)體的穩(wěn)定性。對(duì)于 C=0 的砂性土坡或是指邊坡，其安全系數(shù)表達(dá)式則變?yōu)? 從上式可以看出，當(dāng) α =β時(shí)，F(xiàn)s 值最小，說(shuō)明邊坡表面一層土最容易滑動(dòng)，這時(shí) 當(dāng) Fs =1時(shí)，β=φ，表明邊坡處于極限平衡狀態(tài)。當(dāng)深長(zhǎng)比小于 ，可以把它當(dāng)作一個(gè)無(wú)限邊坡進(jìn)行分析。當(dāng) c=0 時(shí)，即無(wú)粘性土。由于粘聚力的存在，粘性土邊坡不會(huì)像無(wú)粘性土坡一樣沿坡面表面滑動(dòng)。 1. 圓弧滑動(dòng)法 1915 年瑞典彼得森（ ）用圓弧滑動(dòng)法分析邊坡的穩(wěn)定性，以后該法在各國(guó)得到廣泛應(yīng)用，稱為瑞典圓弧法。滑動(dòng)面 AC上的力系有：促使邊坡滑動(dòng)的滑動(dòng)力矩 M s =W邊坡沿 AC 的安全系數(shù) Fs 用作用在 AC 面上的抗滑力矩和下滑力矩之比表示，因此有 這就是整體圓弧滑動(dòng)計(jì)算邊坡穩(wěn)定的公式，它只適用于 φ ＝ 0 的情況。 采用分條法計(jì)算邊坡的安全系數(shù) F，如圖 9 － 4 所示，將滑動(dòng)土體分成若干土條。其中 γ為土的容得， 為土條的斷面面積。因 作用線能過(guò)滑弧圓心 O 點(diǎn)力矩為零，對(duì)邊坡不起滑動(dòng)作用，但 決定著滑面上抗剪強(qiáng)度的大小。 (3)土條的兩個(gè)側(cè)面存在著條塊間的作用力。另一途徑是仍以條分法為基礎(chǔ)，但對(duì)條塊間的作用力作一些可以接受的簡(jiǎn)化假定。該法應(yīng)用的時(shí)間很長(zhǎng)，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，一般得到的安全系數(shù)偏低，即偏于安全，故目前仍然是工程上常用的方法。但直到畢肖普（ ）于 1955 年擔(dān)出了安全系數(shù)新定義，條分法這五方法才發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 圖95 畢肖普法條塊作用力分析 由土條的豎向靜力平衡條件有 ∑ Fz ，即 （98） 當(dāng)土條未破壞時(shí)，滑弧上土的抗剪強(qiáng)度只發(fā)揮了一部分，畢肖普假定其什與滑面上的切向力相平衡，這里考慮安全系數(shù)的定義，且ΔH i =H i+1 Hi 即 （99） 將（ 9 － 9 ）式代科（ 9 － 8 ）式則有 令 （910） 則 (911) 考慮整個(gè)滑動(dòng)土體的極限平衡條件，些時(shí)條間力 Pi 和 H i 成對(duì)出現(xiàn)，大小相等、方向相反，相互抵消。 試算時(shí)，可先假定 F s ＝ ，由圖 9 － 6 查出各 θ i 所對(duì)應(yīng)的值。 與瑞典條分法相比，簡(jiǎn)化畢肖普法是在不考慮條塊間切向力的前提下，滿足力多邊形閉合條件，就是說(shuō)，隱含著條塊間有水平力的作用，雖然在公式中水平作用力并未出現(xiàn)。從路堤的構(gòu)造可知，基床部分主要承受列車動(dòng)荷載的動(dòng)力作用，容易產(chǎn)生強(qiáng)度和變形等總是，因此這一部分須先用強(qiáng)度高的優(yōu)質(zhì)填料填筑并提高壓實(shí)度。 此外，為了防止大氣降水的入滲和水流沖刷等破壞作用，還應(yīng)做好路堤的排水和防護(hù)等措施。所以邊坡部分填料應(yīng)選用抗風(fēng)化、能在水、溫變化中保持穩(wěn)定和對(duì)核心部分土體起疏干、增強(qiáng)作用的填料。此外還可按填料的滲水性分為滲水土和非滲水土兩類。其斷面形式應(yīng)根據(jù)填料的物理力學(xué)地、邊坡高度、列車荷載和地基工程地質(zhì)條件等確定。相應(yīng)于這一安全系數(shù)的滑動(dòng)面稱為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。 費(fèi)蘭紐斯認(rèn)為，對(duì)于均勻粘性土坡，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面一般通過(guò)坡腳。DE線的位置按圖9－14b所示的方法確定。但真正的最危險(xiǎn)滑弧圓心還可能在最低點(diǎn)圓心的某一位置。角的直線，這即是所謂的 36176。 為了保證邊坡的穩(wěn)定性，安全系數(shù) F s 一般不小于 ，如有充分資料或其它有得因素時(shí)，可允許減小到 。當(dāng)石料不足時(shí)，可在路基外部填石、內(nèi)部填土。此外，為了使基床部分的強(qiáng)度一致，防止發(fā)生不均勻沉落而引起軌道的病害，對(duì)于填石路堤應(yīng)在線路中心靠山一側(cè)不小于 2m ，路基面下 范圍內(nèi)挖除換填符合基床土的填料。 1 路基地面排水 地表水滲入路基土體會(huì)降低土的抗剪強(qiáng)度，如果滲入地下可能成為危及路基穩(wěn)定性的地下水補(bǔ)給來(lái)源；地表水或地表徑流會(huì)造成坡面沖刷；此外水還是產(chǎn)生溶蝕和凍害的主要原因之一。 路基排水設(shè)備包括：排水溝、側(cè)溝、天溝、跌水、激流槽和緩流井等。為使設(shè)計(jì)的斷面能通過(guò)大流量而濕周又最小，應(yīng)選擇最經(jīng)濟(jì)水力斷面。比如采取攔截、降低、匯集排泄等措施。起破壞作用主要表現(xiàn)為對(duì)坡面的洗蝕即沖走細(xì)小顆粒，
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