殘積層紅黏土路塹邊坡穩(wěn)定性分析方法研究.pdf

1、武廣高速鐵路武漢至韶關(guān)段分布有長(zhǎng)達(dá)100km的紅黏土，由于對(duì)這種區(qū)域性明顯的特殊土和由其構(gòu)成的邊坡的特性認(rèn)識(shí)不足，設(shè)計(jì)施工人員往往不能對(duì)紅黏土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，也難以采取合適的防護(hù)加固措施。因此，對(duì)于紅黏土邊坡進(jìn)行有針對(duì)性的系統(tǒng)研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：“客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)碴軌道紅黏土地基變形特性與動(dòng)力穩(wěn)定性研究”(50778180)和鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“武廣客運(yùn)專(zhuān)線灰?guī)r殘積層紅黏土路

2、基變形特性及邊坡穩(wěn)定性試驗(yàn)研究”(2005K002-B-2-1)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬等方法，對(duì)紅黏土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了一系列研究，主要研究工作和成果如下：
　　 1、通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)，獲得了武廣高速鐵路代表性工點(diǎn)(咸寧、泉口、耒陽(yáng)、郴州)紅黏土的主要物理力學(xué)性質(zhì)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查，闡述了紅黏土邊坡破壞的特性和機(jī)理。
　　 2、在常規(guī)剪切試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)紅黏土原狀土樣進(jìn)行了干濕循環(huán)條件下的剪切試驗(yàn)，對(duì)于紅黏土抗剪強(qiáng)

3、度指標(biāo)與含水量的關(guān)系曲線進(jìn)行了擬合，并進(jìn)一步提出了紅黏土邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選取原則。
　　 3、采用隱式剩余推力法作為反算方法，以“遞推得到的最后一塊土條剩余推力為零”為條件建立多個(gè)相似斷面的平衡方程，聯(lián)立求得抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和()。
　　 4、針對(duì)常規(guī)剩余推力法“僅考慮力平衡而忽略力矩平衡”這一不足之處，提出了改進(jìn)的剩余推力法，該方法同時(shí)考慮了力平衡和力矩平衡，其誤差比常規(guī)剩余推力法要小，且收斂速度更快。相對(duì)

4、于常規(guī)剩余推力法而言，改進(jìn)的剩余推力法僅僅增加了一個(gè)假設(shè)條件，即：“條底法向力作用點(diǎn)位于條底中心處”。當(dāng)比例因子為零時(shí)，改進(jìn)剩余推力法等價(jià)于常規(guī)剩余推力法。因此，又可以將其視為剩余推力法的一個(gè)擴(kuò)展和補(bǔ)充。
　　 5、對(duì)于紅黏土的“上硬下軟”特性，通過(guò)引入變異因子，推導(dǎo)了土體粘聚力沿深度線性變化時(shí)的邊坡極限分析上限法相關(guān)公式，研究了成層土不同分布情況下的穩(wěn)定性，并對(duì)極限分析法與極限平衡法中的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比。
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5、基于正交試驗(yàn)，采用有限差分程序Flac3D對(duì)于全長(zhǎng)粘結(jié)型錨索加固紅黏土邊坡的效果進(jìn)行了研究。針對(duì)具體工點(diǎn)，對(duì)于錨索加固的空間參數(shù)選取(如錨索傾角、長(zhǎng)度、縱向間距等)也提供了一些合理建議。
　　 7、采用Flac3D對(duì)紅黏土路塹高邊坡某典型工點(diǎn)的加固效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，計(jì)算過(guò)程遵循施工步驟，并考慮了不同巖土層材料屬性和多種支擋結(jié)構(gòu)單元的影響，數(shù)值分析得到了一些有用的結(jié)論，這些結(jié)論為類(lèi)似實(shí)體工程的支擋設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和參考。
　　

6、 8、為了對(duì)大范圍邊坡應(yīng)用三維力學(xué)模型進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，將研究區(qū)域劃分為許多邊坡單元(Slope unit)，使用橢球體下半部來(lái)模擬滑面的形狀，通過(guò)隨機(jī)試算來(lái)確定各邊坡單元上可能滑面的位置和姿態(tài)；再采用一種基于GIS的邊坡穩(wěn)定性三維分析模型計(jì)算各邊坡單元的最小安全系數(shù)和失穩(wěn)概率，對(duì)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)程度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。通過(guò)繪制以安全系數(shù)和可靠度兩種指標(biāo)為基礎(chǔ)的區(qū)域性邊坡穩(wěn)定性評(píng)估示意圖，可以對(duì)研究地域的邊坡穩(wěn)定性有一個(gè)初步的了解。