持續(xù)強(qiáng)降雨條件下山區(qū)超高填方體沉降變形特征研究.pdf

1、隨著西部經(jīng)濟(jì)加速,山區(qū)機(jī)場(chǎng)建設(shè)迅猛發(fā)展,導(dǎo)致高填方地基日益增多。山區(qū)填方體具有體量大,填筑高度大,下覆基巖界面起伏較大等特點(diǎn)。研究區(qū)不僅有以上特點(diǎn),且位于多雨地區(qū),填方體孔隙比較大,因此雨水易于進(jìn)入土體引起額外的沉降變形,如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)降雨入滲條件下沉降變形及差異沉降對(duì)填方體穩(wěn)定性的影響是亟需解決的問(wèn)題。本文通過(guò)室外注水試驗(yàn)和探坑開(kāi)挖試驗(yàn),研究了山區(qū)超高填方體的入滲規(guī)律,通過(guò)數(shù)值模擬,揭示了降雨入滲條件下填方體沉降變形及差異沉降規(guī)律,并對(duì)

2、不同夯實(shí)能級(jí)強(qiáng)夯法加固高填方地基的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　?、偻ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)獲得了填方體的滲透系數(shù),其值為5.891×10-4cm/s,滲透性能良好。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨土體含水率增大,初始滲透速率減小;結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)探坑開(kāi)挖試驗(yàn)揭示了場(chǎng)區(qū)降雨入滲規(guī)律。
　　②根據(jù)研究區(qū)數(shù)字地形圖,利用SUFER和ANSYS建立了研究區(qū)三維數(shù)值模型,分析了天然工況及降雨工況下研究區(qū)典型區(qū)段(溝谷處、填方體厚度較大處、溝谷縱向剖面

3、處、邊坡處)的沉降變形及差異沉降規(guī)律。研究結(jié)果表明:天然工況下,填方體地表沉降與填方體厚度近似呈線性關(guān)系:y=0.0344x-0.377,相關(guān)系數(shù)為R2=0.9922。填方體沉降隨厚度增加而增加,填方體厚度越大,自身產(chǎn)生的沉降在填方體厚度中的比重越大,邊坡處坡腳位置地表沉降占填方高度的2.96％,坡頂?shù)乇沓两嫡继罘襟w厚度的1.13％。溝谷處基巖呈 V形,沉降呈現(xiàn)中間大兩邊小的規(guī)律,溝谷中心處,最大沉降為1.354m,此處差異沉降為1.1

4、85m。填方體厚度較大處填方體厚度相差較小,沉降較為均勻,沉降在1.865m左右,此處差異沉降為0.180m。溝谷縱向剖面處沉降在溝谷內(nèi)受三維空間約束作用,沉降較小為1.350m左右,平坦處較大為2.012m,此處差異沉降為0.666m。邊坡處,填方體厚度相差較大,沉降從坡頂向坡腳處逐步增大,最大值為1.752m,此處差異沉降為1.510m。
　　不同強(qiáng)降雨條件下填方體的數(shù)值模擬結(jié)果表明:隨入滲深度增加,填方體沉降量增大,并得到了

5、降雨入滲深度與沉降位移的關(guān)系:y=0.0154x+1.9824相關(guān)系數(shù)R2=0.9524。工況3(入滲深度為21m)時(shí),填方體最大沉降為2.383m,比天然工況下增大了0.370m,增大了18.1％。降雨對(duì)填方體差異沉降的影響受填方體厚度的制約,降雨入滲超過(guò)填方體厚度時(shí),會(huì)增加填方體的差異沉降量。溝谷處,工況3(入滲深度為21m)時(shí),比天然工況差異沉降增加了0.167m,增加了14.1％。
　?、鄹鶕?jù)研究區(qū)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果,利用三

6、維數(shù)值模擬研究了天然工況和降雨工況下不同夯實(shí)能級(jí)對(duì)填方體沉降變形及差異沉降的影響,結(jié)果表明:天然工況下,高填方體沉降在夯實(shí)能級(jí)為3000kN.m時(shí)比夯實(shí)能級(jí)為2000kN.m時(shí)明顯減小,溝谷處沉降減小了0.471m,減小34.8％。填方體厚度較大處沉降減小了0.631m,減小33.8％。溝谷縱向剖面處沉降減小了0.662m,減小32.9％。邊坡處沉降減小了0.567m,減小了32.4％。夯實(shí)能級(jí)為4000kN.m時(shí),比夯實(shí)能級(jí)為3000

7、kN.m時(shí)沉降有所減小,溝谷處沉降減小了0.203m,減小22.9％。填方體厚度較大處沉降減小0.252m,減小20.4％。溝谷縱向剖面處沉降減小了0.276m,減小20.4％。邊坡處沉降減小0.242m,減小20.4％。差異沉降方面,夯實(shí)能級(jí)為4000kN.m時(shí),溝谷處差異沉降比夯實(shí)能級(jí)為2000kN.m時(shí)減小0.593m,減小49.7％,邊坡處差異沉降量減小了0.719m,減小47.6％。由于填方體厚度較大處和溝谷縱向剖面處填筑體高

8、度相差不大,不存在較大的差異沉降因此改善效果不明顯,但總體上仍為減小趨勢(shì)。由上述可知,隨夯實(shí)能級(jí)提高,填方體沉降及差異沉降減小,但增加夯實(shí)能級(jí)對(duì)填方體沉降的改善效果逐步減小。降雨工況下,夯實(shí)能級(jí)加大也能起到減小沉降的作用,同天然工況下類似;在差異沉降方面,填方體厚度差及降雨入滲深度仍然會(huì)影響差異沉降,強(qiáng)夯的提高改善效果不明顯。通過(guò)對(duì)各夯實(shí)能級(jí)數(shù)值模擬結(jié)果分析可知,夯實(shí)能級(jí)為4000kN.m的強(qiáng)夯法能夠達(dá)到減小沉降變形的目的,工況3(降雨

9、入滲深度為21m)下最大剩余沉降為0.119m,最大差異沉降為0.081m。該夯實(shí)方式可滿足高填方體沉降及差異沉降的要求。
　　④利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究了填方體材料參數(shù)對(duì)沉降的影響,揭示了各參數(shù)對(duì)沉降影響的大小,結(jié)果表明:對(duì)填方體沉降影響最大的是變形模量,其次是密度、粘聚力、內(nèi)摩擦角、泊松比?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對(duì)填方體物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了位移反分析,結(jié)果表明:構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可反演填方體材料參數(shù),最大誤差為變形模量6.7％,基于該