斜坡软弱地基大面积高填方路堤变形机理及破坏模式研究

摘要

斜坡软弱地基高填方路堤因地基表层土软弱并存在地面横坡，在路堤自重及列车荷载作用下有产生过量竖向沉降和侧向位移的可能，处治不当易造成路堤边坡滑塌失稳、侧向变形过大、路面不均匀沉降等问题。深入认识斜坡软弱地基高填方路堤变形机理与失稳破坏模式，是解决这一问题的关键所在。为此，本文依托衢宁铁路屏南车站站场大面积斜坡软弱地基高填方路堤工程，通过理论分析与数值模拟相结合的方法系统研究了斜坡软弱地基上高填方路堤的变形机理及破坏模式，并给出了变形控制方法。主要研究结果如下： (1)基于半无限体表面作用集中荷载的弹性力学理论，推导了斜坡地基路堤产生的地基中附加应力近似计算公式，并给出了其分布模式。 (2)对于斜坡软基高路堤，在填筑过程中，分层填筑厚度越大，填方体变形越大。分层厚度的增加会使斜坡岩质地基的变形幅度加剧，对斜坡岩质地基分层填筑厚度也不宜过大。填高的增加会减小填方边坡的稳定性并改变其潜在滑面位置。在填高较小时潜在滑面位于斜坡软弱地基上，填较大时潜在滑面位于填方体中。 (3)斜坡软弱地基高填路堤的最大水平位移一般发生在路堤中下部到坡脚位置，最大竖向沉降发生在路堤与软弱地基表面，坡脚处软弱地基层会发生竖向隆起；斜坡软基高路堤破坏模式主要为路堤内部圆弧形滑动或者软弱地层表面与路堤内部的直线-圆弧复合型滑动。 (4)采用数值模拟方法，讨论了斜坡软基几何与力学参数对高填方路堤变形与稳定性的影响特征。填方边坡的变形随软基坡度的增加而增大，但变化幅度较小，软基弹性模量、内摩擦角、粘聚力对路堤变形影响均存在从敏感到不敏感的临界值。软基的厚度、弹性模量对高填方路堤的稳定性影响较小，但其坡度、内摩擦角以及粘聚力则有显著影响，内摩擦角、粘聚力对路堤稳定性影响均存在从有到无的临界值。 (5)分析了不同加筋方式对斜坡软基高路堤变形与稳定性的影响。加筋能够减小路堤变形，显著增加其稳定性。加筋对沉降的控制效果好于对水平变形的控制。对于斜坡软弱地基高填方，加长筋的效果要显著好于加短筋的效果；对于斜坡岩质地基高填方，长短组合加筋对提高路基稳定性具有更显著效果。 (6)运用数值模拟方法，讨论了斜坡预设台阶的不同坡度、高度等方法对高填方路堤的变形及稳定性的影响。台阶的设置有利于减小路堤填筑过程中的侧向变形，且能明显加大斜坡软弱地基路堤的稳定性；对于本依托工程，台阶坡度可取为1:10、高度宜取为0.8m。 本文在斜坡软弱地基高填方路堤变形机理、失稳破坏模式及变形控制方法方面的研究成果，可为类似工程提供指导与参考，具有理论意义和工程价值。

目录

第一个书签之前