高速公路扩建“路改桥”边坡稳定性支护方案优化研究与应用

摘要

随着经济的飞速发展，汽车数量不断激增，尤其在发达地区车流量呈现出急剧上升的趋势，使得既有高速公路在通行能力达不到要求的同时也阻碍了道路两侧城镇经济的发展和交流，因此迫切需要在原有高速公路扩宽改造的同时把既有路基改造成桥梁—“路改桥”。本文以京沪高速公路改扩建工程(临沂段)第6合同段“路改桥”工程项目为依托，针对工程中边坡稳定性问题进行研究，在不断交、小变形及快速施工的前提下，通过现场调研、数值模拟和优化设计等方法研究路基边坡开挖支护的可行性方案，这对实际的工程具有十分重要的意义。主要研究成果如下：　　(1)根据“路改桥”工程区域的实际情况，本文确定路基边坡的开挖方案为“留核心土法”，首先对“路改桥”工程的实施方案和施工过程进行介绍；其次根据本工程的特点及对拉锚索支护结构的适用条件研究了对拉锚索与普通预应力锚索之间的区别；最后在不中断交通的情况下研究路基开挖后边坡稳定性必须要考虑车辆荷载作用，通过调查“路改桥”段周边车辆流量及车辆类型，确定以五轴货车为研究对象的车辆计算模型和数学模型，以此得出五轴货车在不同时速下的车辆荷载时程曲线。　　(2)运用FLAC3D数值模拟软件建立原有路基的计算模型，并且根据地质勘察报告得到路基边坡的弹性模量、粘聚力、内摩擦角等物理力学参数，并运用到后期的模拟计算中。原路基边坡在未施加车辆荷载和施加车辆荷载两种工况下进行初始应力计算后，对路基边坡进行分步开挖直到开挖到坑底标高处，在开挖的过程中得出边坡临空面的水平位移、坑底隆起位移、路面水平位移及路面竖向位移的变化规律，并对比两种工况下的位移变化规律得出车辆荷载在路基边坡开挖支护过程中的作用不可忽视。　　(3)在正交模拟实验的基础上，对对拉锚索支护结构中的锚索预应力、锚索直径、锚索间距及钢板面层厚度四个因素进行四因素三水平优化设计，通过模拟九种试验方案得出路基边坡临空面水平位移、坑底隆起位移以及路面水平位移三个控制指标的大小，并使用极差值分析法对影响边坡稳定性的四个控制因素进行排序，最后在路基边坡安全性的基础上结合工程经济因素，选择一种既安全又经济的路基边坡支护方案。　　(4)把优化后的支护方案运用到“路改桥”边坡工程支护中，用实际的施工过程中来验证支护方案的可行性，但是由于目前该工程还没有实际投入应用，本文的研究是为工程后期的应用提供充足的理论准备。

目录

声明

变量注释表

1绪论

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 边坡受到荷载的影响研究

1.2.2 边坡稳定性的研究

1.2.3 边坡加固技术的研究

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2“路改桥”边坡稳定性影响分析

2.1.1“路改桥”边坡开挖方案

2.1.2 对拉锚索支护优势

2.2.1 边坡的组成

2.2.2 边坡破坏变形特点

2.3 路基边坡的支护形式

2.3.1 锚索的类型和特征

2.3.2 对拉锚索的组成及支护

2.4.1 车辆荷载计算简化模型

2.4.2 车辆荷载数学模型的建立

2.4.3 车辆动荷载在工程中的应用

2.5 本章小结

3路基边坡稳定性数值分析

3.1.1 路基模型

3.1.2 计算参数选取

3.2 初始应力及开挖方案的确定

3.2.1 初始应力的确定

3.2.2 开挖模拟方案的确定

3.3 边坡开挖对路基稳定性的影响

3.3.1 路坑水平位移变化规律分析

3.3.2 路基竖向位移变化规律分析

3.4 本章小结

4支护结构优化设计及因素分析

4.1 正交模拟试验方案的设计

4.1.1 影响因素与水平的确定

4.1.2 控制指标及正交表的确定

4.2 模拟试验结果分析

4.2.1 边坡水平变形特征分析

4.2.2 坑底隆起变形特征分析

4.2.3 路面顶部变形特征分析

4.3.1 正交模拟试验分析方法

4.3.2 极差值分析模拟试验结果

4.4 支护结构经济优化

（1）优化设计变量

（2）目标函数

（3）约束条件

（5）蒙特卡罗（Monte Carlo）随机抽样

（6）优化结果

4.5 本章小结

5支护技术工程应用

5.1 工程概况

5.2 工程地质概况

（1）地形地貌

（2）气候气象

（4）水文地质条件

5.3.1 “路改桥”总体施工方案

5.3.2 对拉锚索施工方案

5.4.1 信息化施工过程

5.4.2 位移监测方案的制定

5.4.3 锚索轴力监测方案的制定

5.5 本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

学位论文数据集