半挖半填路基結合部位不均勻沉降控制措施研究

2021-08-17 17:33:18 字數 3168 閱讀 6961

目前對於半填半挖路基研究報道很少,散見於一些交通方面的科技期刊中。調查發現半填半挖路基由於填方部分的土體強度和穩定性難以與挖方或自然坡面土體相一致,在目前已建的半填半挖路基,有大部分出現填方路基下沉、開裂,更有甚者,填方部分路基沿挖填介面整體滑坡的嚴重的自然災害。在有些地段由於土性差異及壓實程度不足,造成填方段區域性的沉陷,給路基處理及行車帶來很大安全隱患。

1 半挖半填邊坡失穩破壞的原因

根據工程實踐的研究總結,引起半挖半填邊坡失穩破壞的原因有很多,可大致分為內因和外因兩大類:內因包括交接面岩土力學性質的影響和交接面的形狀;外因包括地下水、外荷載、氣候以及人類工程活動等。

半挖半填基床對路基穩定性影響較大的內因可以分為兩類:

1) 基床的幾何結構特徵,包括填方高度、填方寬度、填方邊坡坡度、基床坡角、基床的展布形式;

2) 基床物理力學性質,主要決定於基床岩土體型別,包括基床粘聚力、內摩擦角、基床岩土材料重度、地下水位等。在施工中,為了填築方便和穩定,一般將基床挖成折線形式。

半填半挖路基施工雖然在規範上明確規定了施工程式、處理措施和填築要求,但由於標準太低,很難滿足強度和穩定性要求。因此,應首先將半填半挖的填方部分壓實標準值適當提高,而且填方部分從下至上均採用同一標準值,以增大填方的土體強度和穩定性,減少不均勻沉陷;其次,在機械無法施工的地方(橫向寬度較窄)必須採用夯實機具自下而上逐層填築夯實,確保填土密實、穩定。

2 半挖半填公路路基交接面穩定性分析方法

半挖半填公路路基的穩定性受到許多因素的制約。其中最為重要的乙個因素是天然路基與填土路基的結合面性質,由其兩側的地質體決定。結合面兩側的地質體在物理力學性質、密實度、結構、水理性質及地下水位條件等各個方面存在差異。

半填半挖路基最有可能沿著交接面滑動而產生破壞,因此穩定性問題在本質上屬於滑坡問題。但該種滑坡有兩個特點:首先最可能弱滑面為結合面是確定的,其次結合面是天然的自然山坡面,在形狀上通常是折線。

對於邊坡的穩定性分析方法,大體有極限平衡法,數值分析方法和極限分析法三類。

(1) 極限平衡法

極限平衡法是目前土坡穩定性分析中最常用的一種方法,其中以條分法最為重要。這類方法一般先假定破裂滑動面為圓弧、圓弧—直線或其它不規則面。並假定該滑動面土體滿足庫侖破壞準則,從土坡取出一隔離體,根據作用在該隔離體上的已知力或假定力,計算出維持平衡所需要的土的抗剪強度。

將該強度與實際狀態的抗剪強度進行比較,求出穩定性係數作為衡量邊坡穩定性的基本指標。

這類方法( 主要指條分法及改進的條分法) 把土條作為剛體。因此沒有考慮土體本身的應力—應變關係。這種方法之間的最大區別僅僅在於對相鄰土條之間的內力的假定的不同。

如瑞典圓弧法(fellenius) 與畢肖普法(bishop) 要求滿足整體力矩平衡條件。但瑞典圓弧法完全沒有考慮條間相互作用力,畢肖普法僅考慮條間的水平作用力。而沒有考慮土條間的剪力簡布法(janbu) 、斯賓塞法(spencer), 摩根斯坦-普賴斯法 (morgensten and price) 及薩爾瑪法(sarma) 要求滿足力矩和力的平衡條件。

其中簡布法假定條間力的作用點位置,斯賓塞法假定相鄰土條之間的法向條間力與切向條間力之間有一固定的常數關係,摩根斯坦—普賴斯法假定相鄰土條法向條間力和切向條間力之間存在乙個對水平方向座標的函式關係,薩爾瑪法假定沿相鄰土條的垂直分介面,所有平行於土條底面的斜面均處於極限平衡狀態,從而可推導出切向條間力的分布。我國鐵路部門和地基基礎規範中使用的不平衡推力法沒有考慮力矩平衡條件,但也屬於這類方法。近年來這類方法得到進一步的完善。

傳統的極限平衡法認為滑動面沿長度方向是不變的,這與實際邊坡有些不符。郭漢榮在極限平衡公式中引入乙個幾何引數r ,將單位走向邊坡長度塊段分析改為扇形塊段分析,用於錐形邊坡分析中。該方法能較好地適用於天然山包、人工廢石山、煤殲山等錐形邊坡,計算結果比傳統的方法更合乎實際。

斯塔克(stark)等認為極限平衡二維分析中隱含破壞面垂直剖面方向無窮大的假設與實際不合,建立了極限平衡三維分析方法。從二維分析推廣到三維分析,更能反映實際邊坡,但大大增加了分析的難度。有限平衡分析的關鍵問題是確定最危險滑動面及其對應的最小穩定性係數,常規作法是假定滑動面為圓弧形,對滑動圓心的確定採用經驗得方法。

消元法中的二分法及座標輪法等。肖專文等仍假設滑動面為圓弧形,用遺傳進化演算法確定邊坡最危險滑動面及其對應的最小穩定性係數。陳昌富等建立了邊坡可靠性分析統一的數學模型,提出了一種計算邊坡最小可靠性指標和搜尋臨界滑動面的分步混合遺傳演算法。

(2) 數值分析方法

數值分析方法主要包括有限元、離散元和邊界元。這種方法以土坡在失穩之前伴隨的較大變形為依據,將穩定和變形緊密地聯絡起來。並考慮到土的非線性本構關係,然後求出每一計算單元的應力及應變,根據不同的強度指標確定破壞區的位置及其擴充套件情況,並設法將區域性破壞和整體破壞聯絡起來。

求得合適的臨界滑裂面位置,最後根據極限平衡法推求整體的穩定性係數。離散化的思想始終貫穿在這種方法之中,因此,該方法是一種典型的數值計算方法,一般需通過岩土工程數值模擬來實現。應該指出,這種方法在模擬土坡變形破壞機理等方面有著獨特的優點,並且它不需要假定滑動面。

但由於土體的不均質性和複雜性,這種方法的應用目前仍受到了一定的限制。隨著計算機技術的發展,很多數值計算方法都用到邊坡穩定分析中。目前比較常用的邊坡數值分析方法的主要特點見表2。

表2 部分數值方法的實現方法及優缺點

(3) 極限分析法

極限分析法是應用理想塑性體或剛塑性體處於極限狀態的普通原理——上限定理和下限定理,求解理想塑性體的極限荷載的一種分析方法,極限分析方法建立至今雖然只有三十年左右的歷史,但它在岩土力學中得到了廣泛的應用。土坡穩定性塑性極限分析法最早由德魯克和普拉格(drucker ,prager)提出,他們將靜力場和運動場結合起來提出了極值原理,從而建立了土體極限分析理論,為土坡塑性極限分析法開闢了新的途徑。陳(w.

f.chen)發表的專著《極限分析和土的塑性力學》,進一步闡明了塑性極限分析理論在土工問題中的應用。該專著討論了塑性極限分析法在土坡穩定性問題中的應用,並且運用變分計算法證明了均勻土的乎邊坡情況下,角度為中的對數螺旋麵是所有可能滑動麵中的臨界面。

而這與他所採用的塑性極限分析上限法中假設的對數螺旋破壞機制是吻合的。近年來,土坡穩定性塑性極限分析法也取得了一定的發展,如孫君實研究了穩定分析模糊極值理論在邊坡穩定性塑性極限分析法中的應用;門玉明從塑性極限分析土限定理出發,建立了士質斜坡沿基岩面折線滑面破壞機制,並推導得到了穩定性係數計算公式;羅納爾德和陳(donald.i.

b andchen.z.y)運用能量法和最優化原理,得到了土坡和岩質邊坡穩定性分析的上限解,並編制了電腦程式emu搜尋極限狀態時的最危險滑移而:

還有一些學者在土坡極限分析下限解方面取得了一定的進展,如我國的李國英、沈珠江等。

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目錄一 編制依據 1 二 工程概況 1 2.1半填半挖路基概況 1 2.2氣候 水文情況 2 三 施工安排 2 3.1 施工現場管理人員 2 3.2 勞動組織 2 3.3 機械裝置計畫配置 2 四 施工準備 3 4.1 原地面複測 3 4.2 測量放樣 3 五 施工方案 3 5.1 表層處理 3 5...

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