高速公路砂泥巖順層邊坡組合抗滑體系協(xié)調效應研究.pdf

1、長期以來，路基邊坡的綜合防護一直是高速公路修筑中的一個常見課題。伴隨我國鐵路、公路、庫區(qū)或場地等工程的建設和發(fā)展，涉及了大量的路基邊坡工程防護技術問題，其中以大型順層巖石路塹高邊坡防護問題為主要難點。當前對于斜交型邊坡極限角度的范圍尚未完善;而錨素、框架梁及抗滑樁作為治理順層邊坡的主要加固措施，雖然已廣泛應用于各個領域，但是對于三者之間相互的協(xié)調作用尚缺乏系統(tǒng)研究。因此，本文以重慶涪（陵）豐（都）石（柱）高速公路建設項目的典型路段為例，

2、首先采用三維數(shù)值模擬手段建立斜交邊坡模型（斜交邊坡模型），利用SRM法分析驗證了斜交型邊坡沿順層滑移的極限角度;并基于此結果判定K27邊坡的失穩(wěn)機理，構建了錨框樁組合抗滑體系加固K27順層邊坡三種條件下的有限元數(shù)值模型(K27順層邊坡模型)，通過分析數(shù)值模擬結果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對錨框樁組合抗滑體系治理K27邊坡進行了系統(tǒng)的分析和評價。總結組合抗滑體系協(xié)調效應規(guī)律，提出動荷載作用下，錨樁內力的合理協(xié)調區(qū)間概念，提供評價動荷載邊坡穩(wěn)定性的另一

3、指標以及動荷載邊坡控制的新方法。主要研究內容及創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)基于斜交邊坡模型模擬巖層層面與邊坡坡面夾角對邊坡穩(wěn)定性影響，得出斜交邊坡沿順層滑移的極限角度為30°。通過三維數(shù)值模擬計算，得出當巖層層面與邊坡坡面夾角為30°時，水平位移和安全系數(shù)出現(xiàn)了明顯的拐點，表明巖層層面與邊坡坡面夾角小于30°時，巖層層面與邊坡坡面夾角對穩(wěn)定性影響較大，此時邊坡的破壞方式主要以順層滑移為主。即斜交邊坡沿順層滑移的極限角為30°。

4、r>　　(2)針對大型順層中緩傾順層巖質高邊坡，結合“邊開挖邊支護”的施工方式，本文在典型的滑移-拉裂式順層破壞的基礎上，提出多級拉裂式順層滑移破壞模式。該種破壞模式在描述大型順層中緩傾邊坡的變形形態(tài)上更加貼切。
　　(3)建立了順層巖質邊坡的數(shù)學力學模型，并基于此力學模型，構建了錨框樁組合抗滑體系加固K27邊坡的三種條件下的有限元數(shù)值模型，分析了組合抗滑體系的協(xié)調效應規(guī)律，即該體系下，預應力錨索的下滑力分擔值越大，抗滑樁的下滑力

5、分擔值就越小;相反的，預應力錨索的下滑力分擔值越小，抗滑樁的下滑力分擔值就協(xié)調大一些。通過相互的協(xié)調作用，在整個組合體系上表現(xiàn)出更高效的抵抗邊坡下滑力的特征。
　　(4)基于對K27滑坡形成機制的分析，在傳統(tǒng)的滑移-拉裂順層破壞的基礎上，提出多級拉裂式順層滑移破壞模式。這種多級別拉裂順層滑移破壞模式在描述大型順層中緩傾邊坡的變形機制上更加貼切。并對K27滑坡推力進行了驗算，自然工況下邊坡的安全系數(shù)為1.07，暴雨工況下邊坡的安全系

6、數(shù)為0.94，屬于不穩(wěn)定邊坡，需要進行抗滑治理。
　　(5)基于對K27巖石順層路塹高邊坡的調研，綜合滑坡的形成機制分析，單一的治理方法已經不能完全滿足治理要求。最終建立錨框樁組合抗滑體系對K27邊坡進行整治。經3D數(shù)值模擬SRM法計算，在錨框樁組合抗滑體系作用下，K27緩傾順層路塹邊坡自然工況邊坡的安全系數(shù)達到了1.74，屬穩(wěn)定邊坡。
　　(6)考慮坡頂正弦車載作用下，順層邊坡錨樁抗滑體系的協(xié)調機制。K27邊坡坡項改建道路

7、的存在，是邊坡抗滑設計的又一難題。通過模擬了坡頂正弦波車輛荷載作用下，邊坡的自由振動分析和時程分析得出結論:坡頂動荷載作用下，錨樁組合抗滑結構各自對下滑力的承擔可以相互協(xié)調;錨樁組合抗滑體系對動荷載的響應敏感度并不一致，這主要與荷載的作用位置和大小有關;提出了動荷載作用下，錨樁組合結構的合理協(xié)調區(qū)間概念。經計算，錨索的合理協(xié)調區(qū)間為[95.62，173.69];樁的合理協(xié)調區(qū)間為[197.46，286.05]。結合邊坡現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)，錨

8、索內力115.92kN以及抗滑樁內力225.64kN均在各自的合理協(xié)調區(qū)間范圍內，邊坡在正弦車輛荷載作用下，處于穩(wěn)定狀態(tài)。以此評價動荷載邊坡的穩(wěn)定性以及邊坡動荷載控制的新方法。
　　(7)基于錨框樁組合抗滑體系加固K27邊坡暴雨入滲工況的數(shù)值模擬，得出邊坡在暴雨滲流條件下最終的安全系數(shù)為1.49，治理效果良好，滿足規(guī)范要求。
　　(8)基于現(xiàn)場試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，錨索作用在邊坡滑動方向上每延米的力為115.92kN/m，抗滑樁

9、作用在邊坡滑動方向上每延米的力為225.64kN/m，可知下滑力由錨索和抗滑樁共同作用承擔，錨索框架梁體系承擔下滑力的33.94％，抗滑樁體系承擔下滑力的66.06％。均在設計值范圍內，屬于穩(wěn)定邊坡，治理效果良好。
　　(9)基于正交試驗優(yōu)化設計，從治理措施的方法上分析，抗滑樁的抗滑能力大于錨索框架梁;從錨索優(yōu)化設計得出，錨索的預應力以及錨固段長度對抗滑起主要作用;從抗滑樁優(yōu)化設計得出，抗滑樁的樁長對抗滑起主要作用。以使K27邊坡