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(diào)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(jìn)度,沖溝填料即來即壓與兩側(cè)路塹開挖或隧道掘進(jìn)有機(jī)結(jié)合,以挖方材料或隧道渣料做填方填料,能較好地進(jìn)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(jīng)濟(jì)技術(shù)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(zhì)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(cè)岸坡也不平緩,另外沖溝地帶地質(zhì)差異性明顯,水文條件也比較復(fù)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(shí)體自重大,路基變形復(fù)雜,若處理不當(dāng),極有可能出現(xiàn)局部沉降和整體下滑等病害,給高速公路安全運(yùn)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(shè)置如重力式擋土墻等有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)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(yīng)用價值。研究首先選取V型沖溝溝心特征斷面進(jìn)行超高路堤穩(wěn)定性一般分析,并驗(yàn)證了分析工具計算結(jié)果的合理性,然后對特征斷面路堤分別考慮三維效應(yīng)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(jìn)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(shù)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(hù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究。
　　 通過對V型沖溝三維效應(yīng)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(jìn)行系統(tǒng)研究,研究結(jié)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(yīng),此空間效應(yīng)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(yīng)盡量采用三維方法進(jìn)行分析和正確評價,且三維方法的結(jié)果更加直觀、可靠;而二維方法分析的結(jié)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(fù)雜、困難、耗時或者無三維技術(shù)條件,應(yīng)對二維方法的計算結(jié)果加以修正,乘上相應(yīng)的三維效應(yīng)

6、系數(shù)。
　　 ②多層荷載對多層超高路基穩(wěn)定性有一定的影響,進(jìn)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(dāng)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(shù)越高,路堤出現(xiàn)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(nèi)部原有地下水的平衡,使得水流從坡外向坡內(nèi)滲透,坡面土體飽和度升高,飽和浸潤線向坡內(nèi)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(shù)隨水位升高的高度逐漸增大,至最高水位時達(dá)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(nèi)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(shù)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(qiáng)度高的降雨。一般情況下,降雨時間較短、降雨強(qiáng)度較小時,超高路堤整體上是穩(wěn)定的,路堤的安全系數(shù)還比較高。然而,隨著降雨強(qiáng)度的增強(qiáng)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(nèi)充分?jǐn)U展,坡面土體的重量增大,路堤填料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也在不斷調(diào)整變化,路堤的安全系數(shù)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(shù)已不能保證路堤的正常使用。為此,在坡腳處設(shè)置擋土墻是必要的。按最小的安全系數(shù)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(yīng)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(yīng)力的強(qiáng)度設(shè)計值1.27MPa進(jìn)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(cè)岸填

10、土高度小于溝心填土高度,相應(yīng)的兩側(cè)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(yīng)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(hù)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(jié)構(gòu)形式。
　　 系統(tǒng)研究在復(fù)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(hù)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?jīng)_溝時提供一種