鐵道工程電子教材-9路基的穩(wěn)定性分析-全文預(yù)覽
【正文】 軟弱的邊坡，最危險(xiǎn)滑面不一定從坡腳滑出，這時(shí)上述方法就不一定顯得適用了。 對(duì)于鐵路路基設(shè)計(jì)，計(jì)算經(jīng)驗(yàn)表明，在地質(zhì)良好的地區(qū)，一般路基破壞下緣通過(guò)路基坡角，圓弧上緣多發(fā)生在邊坡另側(cè)的軌枕端部或路基中心附近。然后用適當(dāng)比例尺標(biāo)在相應(yīng)圓心點(diǎn)上并連成安全系數(shù) F s 隨圓心位置的變化曲線。 β 1 、 β 2 的值與坡角 α 大小的關(guān)系，可由表 9 － 3 確定。需要通過(guò)多次試算才能完成。 3 路堤的壓實(shí)和穩(wěn)定 路的壓實(shí)和穩(wěn)定前述已經(jīng)闡明，這里不再重復(fù)。從工程就用角度，按填料的性質(zhì)及適用性，可將各種土石分成五組，見(jiàn)表 9 － 2 。其填料應(yīng)盡可能選用在壓實(shí)后有足夠強(qiáng)度的土石料。 下面兩節(jié)將重點(diǎn)介紹路堤設(shè)計(jì)的兩種基本形式.（一） 填土路堤 1 路堤的填料 路堤填料按其在路堤不同部位的特點(diǎn)，可以有以下不同要求： (1)基面以下基床部分的填料，因受列車(chē)動(dòng)荷載作用以及大氣降水、氣溫變化的影響，為了確保其良好的工作狀態(tài)和幾何形狀，應(yīng)先用在壓實(shí)后動(dòng)強(qiáng)度高、親水性差的優(yōu)良填料。 地基的承載力是保證路堤穩(wěn)定的基礎(chǔ)。畢肖普法由于考慮了條塊間水平力的作用，得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些。若 F s ′與 F s 之差大于規(guī)定的誤差，用 Fs ′查 mθi ，再次計(jì)算出安全系數(shù) Fs 值，如是反復(fù)迭代計(jì)算，直至前后兩次計(jì)算出安全系數(shù) F s ′值，如是反復(fù)迭代計(jì)算，直至前后兩次計(jì)算的安全系數(shù)非常接近，滿(mǎn)足規(guī)定精度的要求為止。畢肖普進(jìn)一步假定 ΔH i =0 于是上式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為 (914)如果考慮滑面上孔隙水壓力 u 的影響并采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，則上式可改寫(xiě)為 (915) 從式中可以看出，參數(shù) m θi 包含有安全系數(shù) Fs ，因此不能接求出安全系數(shù)，而需采用試算法迭代求解 Fs 值。這一概念不公使其物理意義更加明確，而且使用范圍更廣泛，為以后非圓弧滑動(dòng)分析及土條分界面上條間力的各種考慮方式提供了有得條件。隨著土力學(xué)學(xué)科的不斷發(fā)展，不少學(xué)者致力于條分法的改進(jìn)。實(shí)際上，每一土條兩側(cè)的條間力是不平衡的，但經(jīng)驗(yàn)表明，土條寬度不大時(shí)，在土坡穩(wěn)定分析中，忽略條間力的作用對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不顯著。如果考慮這些條間力，則由靜力平衡方程可知這是一個(gè)超靜定問(wèn)題。根據(jù)庫(kù)侖公式應(yīng)有 S=N i tanφ+cl i 。但如果第 i 條們于滑弧圓心鉛垂線的載側(cè)（坡腳一邊），則 起抗滑作用。于任意第 i 條上的作用力如下。為了將圓弧滑動(dòng)法應(yīng)用于 φ ＞ 0 的粘性土，在圓弧法分析粘性土坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，瑞典學(xué)者 Fellenius 提出了圓弧條分析法，也稱(chēng)瑞典條分法。 AC AC為可能的滑動(dòng)面， O 為圓心， R為半徑。因此，在工程設(shè)計(jì)中常假定滑動(dòng)面為圓弧面。二 圓弧條法 根據(jù)大量的觀測(cè)表明，粘性土自然山坡、人工填筑或開(kāi)挖的邊坡在破壞時(shí)，破裂面的形狀多呈近似的圓弧狀。取一單位長(zhǎng)度的滑動(dòng)土條進(jìn)行分析，作用在滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力為,在極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度，即得 式中 Ns =c/ γ H稱(chēng)為穩(wěn)定系數(shù)。 此外，山區(qū)順層滑坡或坡積層沿著基巖面滑動(dòng)現(xiàn)象一般也屬于平面滑動(dòng)類(lèi)型。 圖91 砂性邊坡受力示意圖 已知滑體 ABC 重 W ，滑面的傾角為 α ，顯然，滑面 AC 上由滑體的重量 W= γ（Δ ABC）產(chǎn)生的下滑力T和由土的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗滑力Tˊ分別為：T=W 能形成直線破裂面的土類(lèi)包括：均質(zhì)砂性土坡；透水的砂、礫、碎石土；主要由內(nèi)摩擦角控制強(qiáng)度的填土。邊坡失穩(wěn)的破裂面形狀按土質(zhì)和成因不同而不同，粗粒土或砂性土的破裂面多呈直線形；細(xì)粒土或粘性土的破裂面多為圓弧形；滑坡的滑動(dòng)面為不規(guī)則的折線或圓弧狀。邊坡失穩(wěn)的破裂面形狀按土質(zhì)和成因不同而不同，粗粒土或砂性土的破裂面多呈直線形；細(xì)粒土或粘性土的破裂面多為圓弧形；滑坡的滑動(dòng)面為不規(guī)則的折線或圓弧狀。實(shí)踐表明，過(guò)去那種“重結(jié)構(gòu)、輕路基”的做法已給運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了嚴(yán)重后患。 概述 路基是軌道的基礎(chǔ)，也稱(chēng)線路下部結(jié)構(gòu)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大軸重、高密度、高速度的設(shè)計(jì)要求和運(yùn)營(yíng)技術(shù)已經(jīng)提出并開(kāi)始發(fā)展，這就對(duì)路基的穩(wěn)定提出了更高的要求。根據(jù)邊坡不同破裂面形狀而有不同的分析模式。根據(jù)邊坡不同破裂面形狀而有不同的分析模式。為了簡(jiǎn)化計(jì)算這類(lèi)邊坡穩(wěn)定性分析采用直線破裂面法。 沿邊坡長(zhǎng)度方向截取一個(gè)單位長(zhǎng)度作為平面問(wèn)題分析。此時(shí)β角稱(chēng)為休止角，也稱(chēng)安息角。 圖 92表示一無(wú)限邊坡示意圖，滑動(dòng)面位置在坡面下H深度處。 α =φ ，與前述分析相同。根據(jù)土體極限平衡理論，可以導(dǎo)出均質(zhì)粘這坡的滑動(dòng)面為對(duì)數(shù)螺線曲面，形狀近似于圓柱面。 圖 9 － 3 表示一均質(zhì)的粘性土坡。 d；抵抗邊坡滑動(dòng)的抗滑力矩，它應(yīng)該包括由粘聚力產(chǎn)生的抗滑力矩 M r =c 圖93 邊坡整體滑動(dòng) 2. 瑞典條分法 前述圓弧滑動(dòng)法中沒(méi)有考慮滑面上摩擦力的作用，這是由于摩擦力在滑面的不同位置其方向和大小都在改變。土條的寬度越小，計(jì)算精度越高，為了避免計(jì)算過(guò)于繁瑣，并能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，一般取寬為 2 ～ 6m 并應(yīng)選擇滑體外形變休和土層分界點(diǎn)作為分條的界限。將 沿其斷面積的形心作用至圓弧滑面上并分解成垂直滑面的法向分力 和切于滑面的切向分力 ，由圖 9 － 4 （ b ）可知： 顯然， 是推動(dòng)土體下滑的力。 (2)滑面上的抗滑力 S，方向與滑動(dòng)方向相反。作用在 i 條塊的力，除重力 外，條塊側(cè)面 ac 和 bd作用有法向力 P i 、 P i+1 ，切向力 H i 、 H i+1 。 Fellenius 假定不計(jì)條間力的影響，就是將土條兩側(cè)的條件力的合力近似地看成大小相等、方向相反、作用在同作用面上。 （三）畢肖普法 從前述瑞典條分法可以看出，該方法的假定不是非常精確的，它是將不平衡的問(wèn)題按極限平衡的方法來(lái)考慮并且未能考慮有效應(yīng)力下的強(qiáng)度問(wèn)題。畢肖普將邊坡穩(wěn)定安全系
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