V型沖溝多層多向荷載作用下超高路堤整體穩(wěn)定性研究.pdf

1、山區(qū)或庫區(qū)高速公路采用高填方路基直穿沖溝,不僅能較好地解決難以調和的土石方填挖平衡的矛盾,以沖溝巨大的空間消除大量的挖方廢方和隧道棄渣,變廢為寶,節(jié)省工程造價,而且能加快高速公路工程施工進度,沖溝填料即來即壓與兩側路塹開挖或隧道掘進有機結合,以挖方材料或隧道渣料做填方填料,能較好地進行工程施工組織。因此,采用高路基方式比采用橋梁方式跨越V型沖溝具有明顯的經濟技術比較優(yōu)勢。然而,不可避免的是沖溝高填方路基自身存在的諸多問題,沖溝特殊的地形

2、、地質及水文條件無疑是高填方路基能否保證足夠穩(wěn)定性最主要的客觀影響因素。山區(qū)或庫區(qū)高填方路段皆位于沖溝發(fā)育成型地帶,沖溝處溝底縱坡一般較陡,兩側岸坡也不平緩,另外沖溝地帶地質差異性明顯,水文條件也比較復雜,既有上方來水形成的地面徑流滲透,也有下游庫水季節(jié)性漲落形成的大變幅水位影響,這些都不利于路堤的穩(wěn)定。同時,V型沖溝高填方路堤填筑高度大,石料實體自重大,路基變形復雜,若處理不當,極有可能出現局部沉降和整體下滑等病害,給高速公路安全運營

3、帶來危害。
　　 分析V型沖溝超高路堤的特性及影響超高路堤整體穩(wěn)定性的主要因素可知,V型沖溝超高路堤穩(wěn)定性影響因素是多方面的,既有有利的因素,也有不利的因素,并且在每一種影響因素中,不同的工程條件對路堤穩(wěn)定性影響程度也存在明顯的差異。另外,如果幾種不利因素同時疊加在一起時,V型沖溝超高路堤的穩(wěn)定性將會大大降低,有可能會快速失穩(wěn)破壞,此時需考慮在路堤坡腳處設置如重力式擋土墻等有效的支護結構形式。因此,開展V型沖溝超高路堤整體穩(wěn)定性

4、研究將具有重要的理論意義與較好的工程應用價值。研究首先選取V型沖溝溝心特征斷面進行超高路堤穩(wěn)定性一般分析,并驗證了分析工具計算結果的合理性,然后對特征斷面路堤分別考慮三維效應作用、多層荷載作用、變幅水位影響與地面徑流影響下超高路堤穩(wěn)定性進行研究,獲得了V型沖溝超高路堤在各影響因素作用下的安全系數及其變化規(guī)律,最后在多向荷載作用下并考慮所有不利因素情況對V型沖溝特高路堤的支護結構形式進行了研究。
　　 通過對V型沖溝三維效應作用、

5、多層荷載作用、大變幅水位及地面徑流影響下超高路堤穩(wěn)定性進行系統(tǒng)研究,研究結果表明:
　　 ①V型沖溝對超高路堤存在著較為顯著的三維空間效應,此空間效應作用有利于路堤的穩(wěn)定。因此,對沖溝高填路堤的穩(wěn)定性應盡量采用三維方法進行分析和正確評價,且三維方法的結果更加直觀、可靠;而二維方法分析的結果相對保守,不能正確評價路堤的穩(wěn)定性,如因三維方法分析過于復雜、困難、耗時或者無三維技術條件,應對二維方法的計算結果加以修正,乘上相應的三維效應

6、系數。
　　 ②多層荷載對多層超高路基穩(wěn)定性有一定的影響,進行多層超高路基穩(wěn)定性分析時,將荷載等效為均布荷載更加合理于將荷載等效為當量土柱,同時坡間荷載有助于提高上邊坡穩(wěn)定性,坡頂荷載對下邊坡穩(wěn)定性的影響可以忽略,而同時作用有坡頂和坡間荷載時,多層路堤的穩(wěn)定性是最不利的,如若車輛荷載超載,將更不利于V型沖溝多層高填路堤的穩(wěn)定,而且超載倍數越高,路堤出現失穩(wěn)破壞的可能性會越大。
　　 ③庫水位上升不僅增大了路堤坡面水頭壓力

7、,同時打破了路堤內部原有地下水的平衡,使得水流從坡外向坡內滲透,坡面土體飽和度升高,飽和浸潤線向坡內傾斜,孔隙水壓力增大,這些都有利于路堤的穩(wěn)定,路堤的安全系數隨水位升高的高度逐漸增大,至最高水位時達到最大;相反,庫水位下降則不利于路堤的穩(wěn)定,水位下降使得水流從坡內往坡外流出,孔隙水向外滲透、坡面水頭壓力消失,無疑削弱了抗滑力,增加了下滑力,超高路堤的安全系數隨之減小,水位下降至最低水位時路堤處于最危險狀態(tài)。
　　 ④降雨形成的

8、地面徑流對V型沖溝超高路堤穩(wěn)定性的影響是比較顯著的,尤其是持時長、強度高的降雨。一般情況下,降雨時間較短、降雨強度較小時,超高路堤整體上是穩(wěn)定的,路堤的安全系數還比較高。然而,隨著降雨強度的增強或者降雨時間的持續(xù),降雨入滲深度增大,坡面飽和土向堤內充分擴展,坡面土體的重量增大,路堤填料的應力應變關系也在不斷調整變化,路堤的安全系數也逐漸減小,同時路堤的破壞形式也從整體滑動變成坡腳的局部破壞。
　　 ⑤V型沖溝對超高路堤的三維約束

9、作用無疑是有利于路堤穩(wěn)定性,然而,車輛荷載的作用、庫水位的下降以及地面徑流的入滲將逐漸削弱此有限的優(yōu)勢。不僅如此,在這些不利因素綜合影響下,路堤的安全系數已不能保證路堤的正常使用。為此,在坡腳處設置擋土墻是必要的。按最小的安全系數1.3控制計算分析,相同墻身截面條件下曲線型擋土墻的變形和應力都要小于直線型擋土墻,并按混凝土擋土墻材料最大拉應力的強度設計值1.27MPa進行控制,得到墻身合理的軸線形式為半徑70m的圓弧。另外,鑒于兩側岸填

10、土高度小于溝心填土高度,相應的兩側土壓力也小于溝心處的土壓力,通過逐漸減薄擋土墻兩端墻體厚度,在保證擋土墻最大拉應力不超高1.27MPa的條件下,最終得到V型沖溝超高路堤合理的支護形式為中間厚兩端漸薄的變截面曲線型“反拱式”擋土墻的結構形式。
　　 系統(tǒng)研究在復雜地形、水文條件、多層多向荷載作用下,V型沖溝超高路堤整體穩(wěn)定性及其合理的支護形式,有助于深入了解V型沖溝超高路堤穩(wěn)定性的變化規(guī)律,為山區(qū)或庫區(qū)高速公路跨越沖溝時提供一種