一种铁路路基边坡坡面冲刷稳定性分析方法

1.一种铁路路基边坡坡面冲刷稳定性分析方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：S1.建立铁路路基边坡坡面起动流速公式，所述的铁路路基边坡坡面起动流速公式为： ； ；式中，γ s 为土颗粒重度，单位为N/m 3 ；γ w 为水的重度，单位为N/m 3 ；J s 为渗流水力坡度；φ为土体内摩擦角；C为土体粘聚力，单位为kN；D为土颗粒粒径，单位为m；U * 为摩阻流速，单位为m/s；ν为粘性系数；χ为校正值；K s 为粗糙尺寸，单位为m；R为水力半径，单位为m；所述步骤S1具体包括：渗透压力F S 与土颗粒浮重度w'在坡面方向的分力大小为(F S +w')sinθ，沿垂直于坡面方向的分力大小为(F S +w')cosθ与水平面条件下的受力方式相比，边坡土颗粒的浮重度w'在斜坡方向上有一个分力w'sinθ，此力的存在加速了土体颗粒的冲刷起动，而C与F D 方向相反，且与边坡轴线夹角为β；由颗粒受力分析，沿坡面方向土颗粒起动的临界状态为 （2-1）代入各分力表达式得： （2-2）由流体力学原理将u 0 ＝U * f 1 (U * D/v)；ρgJh＝τ c 代入式(1-2)，其中f 1 (U * D/v)为雷诺数的函数；得： （2-3）而C L ,C D 均为雷诺数函数，且假定冲刷临界起动时摩擦系数为常数定值，整合得： （2-4）代入式(2-3)，化简得坡面上颗粒的起动拖曳力为： （2-5）坡面流速场和剪力场之间存在一定的关系，在颗粒起动拖曳力基础上可推求冲刷水流的起动流速；从对数流速分布出发分析，通过积分求出水流断面的平均流速；分下面两种情况：①坡面光滑 （2-6）②坡面粗糙 （2-7）式中，U为水流断面的平均流速，单位为m/s；R为水力半径，单位为m，在坡面冲刷条件下，与水深h相当；综合上式,得到： （2-8）利用坡面上土颗粒的起动条件，推导出所述路基边坡起动流速的表达式；S2.绘制起动粒径与起动流速曲线图；根据起动流速表达式，结合工程背景，代入边坡坡度、土体抗剪强度、重度、雷诺数，绘制起动粒径与起动流速曲线图，代入以下参数取值：重度γ s ＝26500N/m 3 ，内摩擦角φ≈38°，坡度θ＝33.7°，校正值χ取1，坡面水力半径R≈h＝0.15m，坡面粗糙尺寸k s ＝0.005m， 取0.04，绘制起动粒径D与起动流速U关系曲线；位于曲线上方为颗粒起动区域，即发生坡面冲刷；S3.确定判别标准，坡面土颗粒由多种粒径组成，粒径分布范围较广，因此需选择代表性粒径，明确坡面发生冲刷破坏的标准；坡面土颗粒可视为由粗料、细料两部分组成,粗料为骨架,细料为填料,根据骨架理论将d23粒径作为边坡坡面土颗粒冲刷起动界限粒径；即在坡面表层,若填料冲刷起动界限粒径的颗粒不能被冲走,则坡面表层不会发生土体冲刷破坏；S4.坡面土颗粒粒径分析，具体包括：对边坡土体取样进行筛分试验，明确土颗粒级配，确定d23粒径，即小于该粒径的含量占总质量的23％的粒径；S5.计算坡面流速；根据降雨强度计算坡面流速，采用计算公式如下：计算时可假设坡面表层土体处于饱和状态,不考虑坡面流水向坡面深层的渗透； ；式中：n为曼丁系数；I为降雨强度，单位为m/s；λ为坡面入渗率，单位为m/s；H为路堤高度，单位为m；θ为路堤坡度；B为路堤顶面宽度，单位为m；S6.判定稳定性，具体包括：采用下列计算公式， ；；根据降雨强度计算坡面流速，计算时假设坡面表层土体处于饱和状态,入渗率取为0；式中，n为曼丁系数；I为降雨强度，单位为m/s；λ为坡面入渗率，单位为m/s；H为路堤高度，单位为m；θ为路堤坡度；B为路堤顶面宽度，单位为m。