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1、隨著山區(qū)高速公路的不斷建設(shè),其沿線開挖及建設(shè)產(chǎn)生的棄渣日益增多。山區(qū)高速公路棄渣場(chǎng)是公路建設(shè)過程中衍生的具有破壞性的附屬工程,其失穩(wěn)滑坡更是一種常見的災(zāi)害類型,對(duì)山區(qū)高速公路的安全運(yùn)營(yíng)和沿線的生態(tài)造成巨大的威脅。因此,對(duì)山區(qū)高速公路棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性及關(guān)鍵技術(shù)控制的研究,有重要意義。
本文圍繞山區(qū)高速公路棄渣土石方量大、松散性明顯、工程性能差、邊坡抗滑能力差、降雨易入滲等特征。運(yùn)用有限元數(shù)值模擬軟件Midas GTS NX二維建模、
2、極限平衡理論、彈塑性變形理論、應(yīng)力分析法、有限元強(qiáng)度折減法、飽和-非飽和滲流等方法,采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段,依托云南省沾益至?xí)筛咚俟稱-6棄渣場(chǎng)對(duì)山區(qū)高速公路棄渣場(chǎng)的穩(wěn)定性及堆置優(yōu)化設(shè)計(jì)展開研究,成果如下:
(1)針對(duì)山區(qū)高速公路棄渣場(chǎng),其基本類型可按渣體來源、選址和堆置形式進(jìn)行分類。本文主要對(duì)棄渣場(chǎng)的堆置形式進(jìn)行研究,按其堆置形式可將棄渣場(chǎng)分為單臺(tái)階棄渣場(chǎng)和多臺(tái)階棄渣場(chǎng)。其中單臺(tái)階包括兩種
3、基本形式,多臺(tái)階包括五種基本形式。通過對(duì)單臺(tái)階和多臺(tái)階堆置形式的棄渣場(chǎng)在自重工況下的分析知,多臺(tái)階整體穩(wěn)定性優(yōu)于單臺(tái)階,多臺(tái)階棄渣場(chǎng)位移變化和應(yīng)變變化小于單臺(tái)階。
(2)兩種堆載形式根據(jù)堆載順序的不同,從棄渣場(chǎng)堆置過程中安全系數(shù)平均值大小的角度,建設(shè)過程中選擇順序宜為:多臺(tái)階覆蓋式>多臺(tái)階逐層堆積式>單臺(tái)階覆蓋式>組合式二>多臺(tái)階壓坡腳式>單臺(tái)階壓坡腳式>組合式一;綜合最大位移和最大應(yīng)變均值,在安全系數(shù)變化不大的情況下,可將最
4、大位移均值和最大應(yīng)變均值變化較大的堆置方式的順序降序排列:多臺(tái)階覆蓋式>多臺(tái)階逐層堆積式>組合式二>單臺(tái)階覆蓋式>多臺(tái)階壓坡腳式>組合式一>單臺(tái)階壓坡腳式。
(3)在相同降雨量不同降雨歷時(shí)情況下,2.5mm/h雨強(qiáng)歷時(shí)96h對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響較40mm/h雨強(qiáng)歷時(shí)6h對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的影響大。
(4)隨著地震波加載時(shí)程的增加,棄渣場(chǎng)邊坡安全系數(shù)逐漸減小,邊坡穩(wěn)定性被削弱。僅地震作用下棄渣場(chǎng)邊坡極致破壞較峰值加速度時(shí)
5、刻滯后10~13s,而降雨-地震耦合作用下,在載入地震波的前8~9秒,棄渣場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性迅速降低,直接過渡到棄渣場(chǎng)邊坡不穩(wěn)定狀態(tài),且后者對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡的破壞力比前者強(qiáng)。在峰值加速度時(shí)刻的安全系數(shù)變化幅度較非峰值加速度時(shí)刻大,在極致破壞后,安全系數(shù)隨地震波加速度的起伏而起伏變化。隨著載入地震波時(shí)程的持續(xù),其棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性整體呈降低趨勢(shì),當(dāng)?shù)卣鸩铀俣葴p弱趨于0時(shí),其邊坡穩(wěn)定性系數(shù)也逐漸趨于定值。
(5)對(duì)比優(yōu)化前后棄渣場(chǎng),按整體堆渣
6、量不變,可減少占地面積2758m2,節(jié)省占地面積20.05%;按原始設(shè)計(jì)占地面積不變,可增加堆置渣體容量96313m3,增排率為13.57%。在自然工況下,優(yōu)化后的棄渣場(chǎng)安全性提高4.06%;在雨強(qiáng)2.5mm/h雨強(qiáng)持續(xù)降雨96h工況下,優(yōu)化后的棄渣場(chǎng)安全性提高28.6%;在雨強(qiáng)40mm/h雨強(qiáng)持續(xù)降雨4h工況下,優(yōu)化后棄渣場(chǎng)的安全性提高4.7%;在極端工況即先降雨至棄渣場(chǎng)邊坡達(dá)到飽和狀態(tài)再地震工況下,優(yōu)化后棄渣場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定性提高12.
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