5.2.2 边坡稳定性验算
1.直线滑动面法
对砂土和砂性土路堤边坡的稳定性采用直线滑动面法验算,并假定滑裂面通过坡脚,如图5.2所示。
图5.2 直线滑动面法验算图
取路基长度1 m计算,设滑裂土楔体ABD与等效土层的总重为G(kN),滑裂体沿滑动面AD滑动,其稳定系数K按式(5.2)计算:
式中:F为沿滑动面的抗滑力,kN;T为沿滑动面的下滑力,kN;ω为滑动面对水平面的倾角;C为路堤土的黏聚力,kPa;φ为路堤土的内摩擦角,度(°);L为滑动面AD的长度,m。
验算时可作不同倾角ωi的破裂面,求出相应的Ki并画出相应的Ki-ωi曲线,与最小安全系数Kmin对应的ωθ,即危险破裂角。
通常以最小稳定系数Kmin≥1.25来判定边坡稳定性。若是Kmin<1.25,则边坡不安全。此时可减缓边坡,降低路堤高度或修筑挡土墙,以增加边坡稳定性。
2.圆弧滑裂面法
一般黏土路堤采用圆弧滑裂面法验算。假定取圆心O点,通过坡脚画圆弧AB。弧面内取等分土条,条宽2 m。
算出每个土条重量Qi,其在圆弧上的切向分力为Ti=Qisinαi,法向分力为Ni=Qicosαi,其中,αi为该弧段中心点的半径线至圆心垂线的夹角,αi=acrsin(xi/R)(R为圆弧半径,xi为弧段中心点距圆心竖线的水平距离,如图5.3所示)。每小段滑动面上反力为内摩擦力Nitanφ中和黏聚力Cli(li为小段弧长),注意图中圆心竖线以左的切力向右,抵消部分滑动力,因此,绕圆心O的滑动力矩M滑动=(ΣTi-ΣT'i)R;绕圆心O的抵抗力矩M抗滑=(ΣNitanφ-ΣCli)R。
图5.3 圆弧滑动面法验算图
在总长度为L的圆弧AB上,稳定系数
然后,再定O2点画圆弧,分条求K2,依次可求Kmin,工程设计中确定圆心的方法是4.5H法,如图5.4所示。
此法作图步骤首先由坡脚点E向下量路堤高H得F点,由F作水平线令FM=4.5H得M点。由边坡斜度i0=1/m查辅助线角值表得β1,β2的值。再由E点沿ES线逆时针方向量β1角画线;由S点沿水平线顺时针方向量β2角画线,两线交于I点,连IM线。滑动圆弧的圆心均在此线上。