山区公路沿河路基防护结构的工程特性研究

摘要

山区公路多沿河布线，路基失稳破坏现象时有发生，许多防护措施已经在实践当中采用，如浆砌或干砌块石、现浇混凝土、预制混凝土块体等结构形式，采用这些结构形式在保持岸坡的稳定性方面起到了一定的作用，但是由于沿河路基所处环境的复杂性，许多地区防护工程使用效果不佳。多条沿河公路路基防护的实践表明，路基工程的投资增加，在很大的程度上，是由于防护结构问题引起的变更造成，因此，如何根据沿河路基防护结构的工程特性，对防护结构物进行合理的选型和设计，已成为设计、建设单位十分关注的问题。 论文在总结前人研究成果的基础上，主要进行了以下几方面的工作： (1)总结了目前沿河路基主要防护型式，按其构造和作用分为两大类：①直接防护，主要有植被护坡、抛石护坡、挡土墙护坡、护坦防护、铺砌护坡五种形式；②间接防护，主要有丁坝和丁坝群两种形式，并提出了各种形式的适用条件； (2)从宏观上把影响沿河路基及其防护结构稳定性的因素归纳为两个方面：①坡体内剪应力增加；②滑带岩土体强度降低。并从这两方面出发，结合现场调查资料，以重力式挡墙为例，归纳了防护结构的主要病害，包括倾覆破坏、整体破坏、基础冲刷淘空、滑移破坏、泄水孔堵塞、勾缝砂浆脱落、墙背填土沉陷变形、沉降缝和伸缩缝破损变形等多种类型，并分析了其成因机制，针对性地提出了处治对策：①优化细部设计；②采用凸楔基础；⑨控制渗透变形；④采用石笼护坡以及生态型防护技术； (3)根据沿河路基自身的特点，分析了河流直道和弯道上不同的冲刷规律；影响冲刷深度的因素主要有三个：几何边界条件、水流因素、河床质因素，从这三个因素出发，对现有的冲刷深度计算公式进行了评述，发现蒋焕章提出的公式对因素的考虑比较全面，而且对清水冲刷和深水冲刷两种冲刷机理有所不同的情况分别予以计算，因此建议使用该公式； (4)对沿河路基挡墙的结构进行了简化，针对路基排水系统沿墙土界面布置、沿填土底面布置和路基排水系统完全实效三种情况，提出了土压力的计算方法，通过实例分析，提出了有结论性的建议：①确保路基排水系统的有效性对路基挡墙的稳定性是很重要的；②排水系统沿填土底面布置比沿墙土界面更有利于路基挡墙的稳定； (5)利用室内物理模型试验，对河水位升降情况下沿河路基挡墙进行了模拟，试验结果表明：土压力和孔隙水压力的变化相似，大致是随着水位的升降而变化。 并应用PLAXIS软件对室内试验进行数值模拟，把数值分析结果与物理模型试验结果进行对比，发现水、土压力随水位升降的变化规律都是一致的，而且数值模拟结果可以更清楚的反映水压力的变化，对挡板的位移变形的数值模拟表明，水位下降对挡墙的稳定性是不利的； (6)采用模糊多属性决策的方法，以欧氏权距离为基础建立目标函数，综合考虑经济性、结构的工程特性、施工可行性等多种难以量化的因素，对这些因素进行模糊处理，得出了最优的防护结构选型方案，并结合沿河路基特点，提出了防护结构一般的设置原则。 根据河湾冲刷规律和各种防护结构的适用条件，结合实际情况，因地治宜地选择防护型式，有效地防治可能发生的病害，一定能够使沿河路基的防护达到满意的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2问题的提出

1.3国内外研究现状

1.3.1沿河路基防护结构的应用现状

1.3.2挡墙土压力计算研究现状

1.3.3沿河路基冲刷防护研究现状

1.3.4防护结构选型及设置原则研究现状

1.4本文主要的研究内容

第二章防护结构主要型式及工程应用

2.1引起沿河路基冲刷的各种水流

2.2冲刷引起的路基坍塌及防护

2.3防护结构主要型式及工程应用

2.3.1直接防护

2.3.2间接防护

2.4综合治理

2.5小结

第三章防护结构主要病害及成因机制

3.1概述

3.2影响防护结构稳定性的因素

3.2.1影响坡体内剪应力增加的因素

3.2.2造成坡体剪应力降低地因素

3.3防护结构主要病害及成因机制

3.3.1主要病害

3.2.2成因机制

3.4处治对策

3.4.1优化细部设计

3.4.2采用凸楔基础

3.4.3渗透变形的防治

3.4.4柔性石笼护坡

3.4.5生态型护坡的应用

3.5小结

第四章河湾冲刷规律及冲刷深度计算

4.1河湾冲刷规律

4.1.1挡土墙防护的弯道的冲刷

4.1.2丁坝配合防护的弯道的冲刷

4.1.3挡土墙与护坦配合防护的弯道的冲刷

4.1.4挡土墙、护坦与丁坝联合防护的弯道的冲刷

4.2冲刷深度计算

4.2.1一般冲刷区的位置

4.2.2冲刷深度的影响因素分析

4.2.3河湾凹岸最大冲刷深度的计算

4.2.4现有冲刷深度计算公式评述

第五章沿河路基挡墙土压力计算及其变化规律

5.1概述

5.1.1路基排水系统布置形式

5.1.2稳定渗流场函数

5.1.3孔隙水压力计算

5.2静止土压力计算

5.2.1路面无超载作用时的静止土压力计算

5.2.2路面作用车辆荷载时的静止土压力计算

5.3 Rankine土压力计算

5.3.1路面无超载作用时的主动土压力计算

5.3.2路面作用车辆荷载时的主动土压力计算

5.3.3路面无超载作用时的被动土压力计算

5.3.4路面作用车辆荷载时的被动土压力计算

5.4室内模型试验

5.4.1试验目的

5.4.2模型试验设备

5.4.3试验步骤

5.4.4试验成果分析

5.5基于PLAXIS通用有限元程序的数值模拟分析

5.5.1 PLAXIS程序简介

5.5.2材料的选择及参数

5.5.3模型建立

5.5.4计算结果分析

5.6 小结

第六章防护结构物选型及设置原则

6.1防护结构物选型的模糊多属性决策

6.1.1概述

6.1.2模糊多属性决策方法的基本原理

6.1.3选型实例

6.2一般设置原则

第七章结论及建议

7.1结论

7.2研究展望

致谢

参考文献

在学期间发表论文