路堤边坡

关键词：边坡

路堤边坡（精选七篇）

路堤边坡篇1

1 路堤边坡稳定性分析中的不确定性

1.1 模型的不稳定性

模型的不确定性主要反映在试验设计过程中采用的分析方法不同, 对模拟的实际情况有所差距。所有数学模型在模拟岩土材料时, 都会存在特性的近似, 而在建立或者应用安全系数 (K) 的计算模型中, 可能造成误差的不确定, 这些不确定性主要由于:

1) 计算模型的选择差距。由于分析坡外水对路堤边坡稳定性影响的计算模型有很多, 而且不同的模型建立在不同的假定基础上, 应用于不同地质对象。选择的模型不同, 注定会引起误差, 即使选择的是恰当模型, 其基本假定的参数与内容, 也与具体工程条件存在差距, 因此由其引发的误差具有不确定性;

2) 力学分析误差。在极限平衡法计算中, 一般不会考虑到滑体自身的力学作用, 即使有些工程中加以考虑, 也十分粗糙;在数值分析法中, 对岩土介质的本构关系及破坏准则等都以假设形式存在, 在力学分析中的简化处理, 也会产生一定误差, 并具有不确定性;

3) 影响因素的简化。由于安全系数 (K) 的计算较为复杂, 需要考虑多方面因素, 但是单纯从模型中无法全部表达, 只好选择一些主要因素, 而适当放弃一些次要因素。仅此, 影响因素的简化, 也将带来误差的不确定性。

1.2 参数的不确定性

参数的不确定性主要指在计算模型中, 考虑到的各方面因素具有不确定性。参数的不确定性主要包括外界的分布不确定性、荷载力的大小区别以及岩土介质物理学的不确定性等。具体内容分析如下:

1) 样本不足或调查差距。岩土介质物理学的参数“真值”是未知的, 需要通过一系列试验样本等结果进行估算。但是由于受到试验条件或样本条件的限制, 试验不可能完全彻底, 或者由于样品不足也会形成误差。另外, 对于不同样本的估算, 也会获得不同结果, 它们可能与“真值”之间存在一定差距;

2) 试验或者勘测的误差;

3) 岩土性质的可变性。由于天然岩土介并不是均质材料, 受到长期的复杂物理学、地质学、化学等作用, 其物理学性质会随着时间空间而呈现随机分布。对于同一个工程来说, 不同位置的物理学性能指标差距1个~2个数量级, 而且这种岩土介质特性的不断变化, 是其自身固有的性质, 无法通过人为因素控制。岩土介质的物理学特性多需要借助某种试验或者勘测方法而直接获得。但是由于受到科学技术的限制, 有些试验仪器难以达到试验需要的精度, 再加上试验方法的不确定性, 都可能为最终试验数据带来干扰。因此, 各种因素都有可能带来试验结果的误差, 且这种误差具有不确定性, 但是也可以通过人为因素尽量降到最低。

2 坡外水对路堤边坡稳定性的影响计算

2.1 计算模型的搭建

以某鱼塘区的路基为例, 需先将底部淤泥清理到硬底部位, 换填厚度约为2m的亚粘土, 再继续进行堆载、路基和路堤的施工。路堤的高度应以填筑压实后的高度为准, 而无需考虑施工堆载过程中产生的超载高度。断面模型如图1所示:

2.2参数计算

在施工设计阶段, 一般不会涉及岩土的参数资料, 因此需要计算岩土参数。根据土工试验报告, 获得各岩土层中的参数值。由于堆载施工与路堤填筑的速度比较快, 再加上需要进行地基打设袋装砂井的处理工作, 因此对软土应该考虑到参数计算、排水固结等, 使用固结不排水的试验值。

2.3 沥青面层厚度变化

早期修建的高速公路面层结构:国道主干线一般为4cm细粒式AC+5cm中粒式 (粗粒式) AC+7cm粗粒式AC, 沥青面层总厚度为16cm;山东地方高速公路为4cm细粒式AC+5cm中粒式 (粗粒式) AC+6cm粗粒式AC;新世纪中期山东省高速公路一般为4cm细粒式AC+6cm中粒式 (粗粒式) AC+8cm粗粒式AC;近期路面结构一般根据交通量来确定, 4cm~6cm细粒式 (中粒式) AC+6~8cm中粒式 (粗粒式) AC+8~12cmATB。沥青面层厚度变化如图2所示。

2.4 工况的计算

参照路堤两侧是否存在蓄水并作用在路堤坡脚位置, 应考虑将模型两侧的水深2m处及水抽干两种情况下, 进行路堤稳定性计算。当存在坡外水时, 应将坡外的静水压力附在坡面上方, 以饱和重度考虑水位以下的土体状况。

2.5 计算结果分析

经测量结果, 通过对抽水前与抽干水后的路堤稳定情况比较, 路堤边的稳定性主要由软基强度来决定, 一般路堤失稳多由软基整体失稳造成。

3 提高边坡稳定性的措施

3.1 截排水处理工程

截排水工程主要包括地下排水工程与地面排水工程。一方面, 地下排水工程中大多采取盲沟形式, 可有效改善路堤边坡的失稳问题或者其它类型的路基病害都可获得较好效果;另一方面, 地面排水工程则是通过拦截边坡的形式, 将地面水或者边坡范围中的地表水排除。通过边坡渗沟方式也可有效排除边坡的地表渗水或者层间水。

3.2 边坡防护工程

通过在坡面终止植被的方式, 也可有效改善坡面土体的固着力, 并避免形成表面冲刷。铺设草皮应尽量选择其容易成活的季节。如果是在满铺浆砌片石或者浆砌片石的构筑物时, 需要在骨架中铺设草皮以保护坡体, 或者选用其他骨架护坡形式夯实骨架中的填土, 避免边坡出现冲刷或者渗漏。

3.3 支挡处理

如果边坡内部或者坡脚位置产生坍塌, 且坍塌体较厚的情况下, 清理较困难, 甚至可能造成更大面积的坍塌, 可根据滑体推力的大小等, 选用浆砌片石挡土墙、锚索、锚杆、锚管注浆等形式, 加快实现边坡平衡, 避免更大范围的坍塌。

4 结论

边坡排水系统是一种网格系统, 纵、横向排水沟槽的功能有很大区别。地区降雨量大, 降雨入渗边坡后无法排出, 聚集在混凝土防护层下, 土体吸水软化, 强度降低, 导致坡面附近安全系数降低, 边坡失稳。环境与交通的变化, 对公路边坡原材料有较大影响, 采用沥青路面结构从半刚性基层的一统天下到多元化的路面结构, 主要体现在面层厚度的变化, 混合料类型的变化, 基层类型的变化以及原材的变化等等。

摘要：本文主要提出对路堤边坡稳定性分析中的不确定因素, 并对边坡稳定性的计算方式及处理方案进行分析与阐述。

关键词：坡外水,路堤边坡,稳定性

参考文献

[1]李汉江, 刘勇, 聂爱球.汇水陡坡路堤滑坡机理分析及处理意见[J].山西建筑, 2009 (29) .

[2]李汝成, 王复明.降雨入渗对泥岩-土混填路堤稳定性的影响[J].岩石力学与工程学报, 2008 (11) .

[3]邬健茹.路堤边坡稳定分析中的不确定性因素及分析方法[J].甘肃科技, 2008 (7) .

[4]李洪波.直线滑动面法分析路基边坡稳定性的探讨[J].路基工程, 2010 (6) .

[5]陈敏华, 刘国楠.软基上路堤稳定性的能量分析法[J].第七届全国工程排水与加固技术研讨会, 2008.

[6]白雪飞, 易鑫.岩质边坡稳定性快速评价方法研究.铁道勘察, 2011 (2) .

高填路堤路基边坡安全稳定性计算篇2

关键词：高速公路,路基,边坡,稳定性

1工程概况及难点

1. 1工程概况

温州绕城高速公路北线二期工程位于温州乐清市境内, 路线全长13. 4 km, 道路全线包含隧道、桥梁、深挖的路堑、高填路堤等不同类型。

1. 2地质条件

根据地质勘探资料, 高填路堤路段的地表为厚度不等的残坡积含粘性土碎石层, 属普通土 ( Ⅱ) ; 下伏基岩为凝灰岩、辉绿岩, 属软石 ( Ⅳ) 。

1. 3气候条件

工程区地处亚热带海洋性季风气候区, 全年四季分明, 温和湿润, 降水量充沛。温州地处浙江东南沿海, 夏季多台风, 在台风侵袭期, 降水量大, 并且降水集中、历时短、强度大。

1. 4工程难点

温州绕城高速公路北线二期工程, 地质多为凝灰岩, 地处沿海, 为亚热带海洋性季风气候区, 雨量充沛, 并且多台风, 因此, 高填路堤的边坡安全稳定性, 需要格外重视, 以确保施工安全和建成后的道路运行安全。

2高填路基边坡安全稳定性计算

2. 1概况

高填方路堤位于YK38 + 620 ~ YK38 + 770, 为采石废弃场地, 最大高度为31 m, 地基为中风化岩石, 承载力高。本处因地制宜, 采用填石路堤设计。边坡分四级放坡, 由上至下为: 第一节坡率为1∶ 1. 5, 高度8 m; 第二节坡率为1∶ 1. 75, 高度8 m; 第三节坡率为1∶ 2. 0, 高度10 m; 第四节坡率为1∶ 2. 5, 放坡至地面, 边坡平台均为2 m。以YK38 + 682高填方路堤断面为例 ( 如图1所示) 。

此处为半填半挖路段, 由于填挖交界处断面为倾斜断面, 存在边坡滑动的可能, 从而产生水平的推力, 对坡脚片石混凝土挡墙造成影响, 形成质量事故。故需对边坡进行稳定性计算, 将影响降到最低甚至没有。为确保安全, 采用3种算法, 保证计算的准确性。

根据坡率大小, 为方便计算, 将断面分成3个土条, 划分情况见图2。

根据上述划分示意图, 经测量和计算, 得到YK38 + 682坡面的计算参数模型图, 如图3所示。

按偏安全考虑, 选取粘聚力小, 内摩擦角小的参数, 即ci= 29 k Pa, φi= 40°, γ = 21. 3 k N / m3。

岩土参数取值见表1。

2. 2不平衡推力法

采用不平衡推力法进行分析计算路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性, 公式如下:

式中: WQi———第i个土条的重力与外加竖向荷载之和;

Ei - 1———第i - 1个土条传递给第i个土条的下滑力。

用公式逐个土条进行计算, 稳定系数Fs根据JTG D30—2015公路路基设计规范表3. 6. 11取1. 45。

WQi: 土条重力+ 400 ( 40 t压路机激振力) , 计算中以m为单位长度。

αi: 见图3, 分别为45°, 18°, 1°。

li: 见图3, 分别为35. 99 m, 17. 03 m, 42. 66 m。

经计算, E1= 1 490. 2 k N, E2= - 1 176. 3 k N, 因E2为负数, 无向下传递的力, E3无需计算。

2. 3传递系数法

结构受力图见图4。

式中: fs———稳定系数;

Pi———第i条块剩余下滑力的合力, k N;

Wi———第i个土条的重力与外加竖向荷载之和, k N;

ψi———第i条块的剩余下滑力传递至第i + 1条块时的传递系数 (j=i) 。

根据上述公式, 推导出:

按偏安全考虑, 选取粘聚力小, 内摩擦角小的参数, 即ci= 29 k Pa, φi= 40°, γ = 21. 3 k N / m3。

经计算得:

代入公式得: fs= 3. 923, 根据系数大于1. 3, 满足安全要求。根据安全系数, 每块条块的剩余下滑力的合力分别为:

P1= 14 177. 753 k N; P2= 9 654. 55 k N; P3= - 0. 374 k N。

综上, 由于P3< 0, 第3块条块不产生向下的下滑力, 因此, 不会冲击挡土墙, 满足工程安全要求。

2. 4简便方法 ( fellenius法)

式中: Wi———第i个土条的重力与外加竖向荷载之和;

μi———第i块土条在滑动面上的空隙水压力;

Zi———第i个滑块的平均厚度, 从偏安全的角度, 本计算取Zi=lisinθi;

γw———水的重度, 取 γw= 10 k N / m3。

综上, 参数值设定如下:

Wi: 土条重力+ 400 ( 40 t压路机激振力) , 即Wi= γsi+ 400。

经计算:安全系数Fs≈1.94。

满足Fs≥1. 3的边坡稳定要求, 因此, 本段工程中, 断面的水平滑动推力对片石混凝土挡墙不产生影响。

2. 5结论

根据上述计算, 本工程高填方路段上层路堤传递下来的水平推力, 在下层路堤中粘聚力的作用下已经抵消, 对片石混凝土挡墙不产生影响。

参考文献

[1]JTG D30—2004, 公路路基设计规范[S].[2][日]本松冈元.土力学[M].罗汀, 姚仰平, 译.北京:中国水利水电出版社, 2001.

[3]姜德义, 朱合华, 杜云贵.边坡稳定性分析与滑坡防治[M].重庆:重庆大学出版社, 2005.

[4]GB 50007—2011, 建筑地基基础设计规范 (报批稿) [S].

路堤边坡篇3

1.1 低路堤的优点

低路堤与高路堤是一个相对的概念, 一般认为填土高度低于2.5m的路堤为低路堤。低路堤的设计可以带来大量的优点:

(1) 低路堤设计相当于降低了填土高度, 减少占用土地, 实现可持续发展。采用低路堤设计, 不仅公路主体大大节约了用地, 更减少了路基取土的用地指标, 对于日益减少的土地资源来说, 意义重大。

(2) 低路堤设计对于公路行车安全更为有利。低填路段可将边坡放缓, 与原地貌融为一体, 形成缓冲带。同时可部分取消护栏, 避免了护栏本身带来的安全隐患, 提高了行车的安全性, 减少了二次事故的发生。

(3) 低路堤设计更适应原有自然地形、人文环境。采用低路堤设计, 可以很自然地将高速公路融合到原有自然景观和人文景观之中。

(4) 低路堤设计可降低工程规模, 节省工程投资。采用低路堤设计后, 取土用地的减少、拆迁费用的降低, 可大大降低公路造价。随着路基高度降低, 路基边坡防护仅靠植草绿化就可达到需要, 节省了高填路基边坡防护的圬工数量;路基填筑高度的降低, 不仅减少大量土方工程, 而且有效降低了桥头填土高度, 缩短了桥梁长度, 从而降低了桥梁工程规模;采用低路堤设计方案结合缓边坡处理, 大部分路段可取消防撞护栏。同时, 随着路堤高度的降低, 结合两侧绿化工程, 噪声污染更易处理。

(5) 低路堤设计, 减少了由于地基不均与沉降造成的路面下沉, 并且减少设置护栏等交通设施, 降低病害与后期的养护费用, 有利于公路本身的可持续发展。

1.2 宽中央分隔带的优点

高速和一级公路的路基横断面组成包括行车道、路缘带、中间带、应急停车带、爬坡车道、变速车道。路基横断面的形式对交通安全的影响主要反映在路基横断面的组成部分是否满足安全行车的需要, 足够的路基宽度是确保路基横断面形式适应安全要求的基础。据交通安全试验的结果可确定随着中央分隔带宽度的增加, 行车相撞事故的数量显著下降, 当分隔带的宽度达到15m时, 行车相撞事故实际上已经消失。在国外很多地区目前大量采用宽中央分隔带, 可以大大降低事故率的发生。具体优点如下:

(1) 宽中央分隔带可以减少车辆撞击护栏事故的发生, 增加行车安全与舒适性。

(2) 宽中央分隔带可以将公路融入当地的自然环境中, 达到公路与自然的和谐统一。并且可以为行驶司机带来愉悦的心情降低事故的发生

(3) 由于宽中央分隔带不需要加设护栏等交通设施, 降低了交通设施和日后养护的工程费用。

1.3 缓边坡的优点

目前我国设计的路堤边坡坡度为1∶1或者为1∶1.5, 但若因地制宜的放缓边坡坡率, 将坡度放缓到1∶4、1∶6或者更缓, 可将路基与周围环境相融合。而且增加车辆发生事故的救险机会。优点如下:

(1) 坡度放缓, 坡脚延长有利于边坡的稳定性, 防止失稳现象的发生。

(2) 有利于行车安全, 当车辆冲出路面时, 可以安全的行驶出路基, 防止侧翻事故的发生。

(3) 缓边坡有利于当地物种自然繁衍生长, 看不出明显开挖 (填筑) 的痕迹, 达到工程与自然的和谐统一, 行车舒适。

(4) 一般陡坡路堤施工压实困难, 缓边坡可以采用压路机直接碾压的方式, 有利于压实的控制。

1.4 低路堤、宽分带、缓边坡的缺点

低路堤、宽分带、缓边坡在具备以上优点的同时也会带来很多需要面临的问题, 低路堤填土高度降低, 地下水上升易破坏路堤的稳定性;天然地基上的路堤较低, 路床不能得到充分的压实, 很难达到承载力的要求;交通荷载引起的震动也容易导致地基土层的不均匀沉降, 横向通道设置困难等。宽中央分隔带占地面积比较大, 在土地资源比较宝贵地区会增加施工难度, 故存在地域限制。缓边坡易造成水损害, 水流排泄不及时, 往往造成水进入边坡, 形成冲沟;缓边坡坡脚延伸较长, 占地面积较大, 故在土地资源稀缺的地区不易采用。

2 结语

西部地区是我国目前高速公路发展最迅速的版块。西部地区幅员辽阔, 对处于干旱、半干旱区, 年平均降雨量和可利用耕地较少的地区可以设计此种低路堤、缓边坡、宽分带的高等级公路形式。不仅可以充分发挥其“安全、环保、舒适、和谐”新理念公路的优点, 而且又可以避免此种路面形式容易受到雨水侵害的问题。在西部地区采取此种路面形式, 不仅可以给我国公路行业注入新的元素, 推动我国公路事业的发展, 而且是我国“以人为本”, “可持续发展”的理念在公路行业的一个全新体现

摘要：在科学发展观的推动下, 公路行业提倡公路设计要满足“安全、环保、舒适、和谐”的新理念, 分析了低路堤、宽分带、缓边坡高速公路形式的优缺点, 探索其在我国西部地区修建此种新理念公路的可行性。

关键词：低路堤,宽分带,缓边坡,安全,环保,舒适,和谐

参考文献

[1]交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京:人民交通出版社, 2005.

路堤边坡篇4

气候、水文、地质是影响高速公路边坡失稳的主要问题, 公路沿线所发生的一系列对公路正常运行所产生的一系列的影响的病害问题。对于高填方路堤, 导致路堤顶面、基层和路面纵向开裂的原因是综合性的, 包括对膨胀土高填方路堤的复杂性考虑, 分层填土压实的工艺不够合理, 岩性边坡处理不当, 岩溶发育, 再加上外部条件 (如施工周期内的降雨和车辆超载等因素) 的共同作用, 导致了路堤膨胀土的物理力学性能劣化, 填土含水量高, 压实度不够, 路堤施工完成后的工后沉降较大, 由于包边土和内部填土沉降不均匀, 裂缝首先沿两种土边界规则出现, 这种裂缝如不及时治理, 雨水会大量沿裂缝下渗, 进一步造成路基的不均匀沉陷和路基路面对应位置裂缝的发展, 进而影响到边坡的稳定 (如边坡塌滑、崩裂等) , 危及行车的安全。

2 高路堤边坡加固治理措施

2.1 预应力锚索框架梁联合加固法

(1) 材料和机械设备选择。预应力锚索采用直径中Φ15.4mm高强度、低松弛预应力钢绞线, 强度1860级, 要求钢绞线顺直、无损伤、无死弯。钻孔机械可采用QZ100型潜孔钻机, 建议采用自钻式锚杆可实现钻孔、注浆、锚固等过程的一体化施工, 锚具采用QM15-4型。

(2) 主要施工工艺。钻孔:一级台阶水平钻孔穿透路基宽度, 二级台阶以下按照倾角300斜向钻孔。在钻孔前, 首先确定锚固孔的孔位和孔距, 打入标桩, 标明钻孔编号, 孔位偏差不大于100mm。钻机安装时直于坡面, 倾角偏差不超过2°并确保钻机的稳固, 开钻前应仔细检查孔位、孔距和偏角, 确保孔位的正确性。钻孔时采用无水钻进, 钻进过程中应对每孔的进尺速度、地下水情况及一些特殊情况做现场记录, 如遇塌孔, 应立即停钻, 进行固壁灌浆处理, 注浆36小时后方可重新钻进。钻孔过程中还应及时测量孔深和倾斜情况, 发现倾斜应及时纠正, 考虑到沉渣的影响, 实际钻孔深度应比设计长度大0.4m左右, 成孔后利用高压空气 (0.2~0.4MPa) 进行清孔。

锚索制作与安装:锚索采用4Φ15.4mm高强度、低松弛预应力钢绞线制作而成, 锚固段应除锈、除油污, 按照要求绑扎架线环, 自由段除锈后, 涂抹黄油并立即外套波纹管, 两头用铁丝扎紧, 并用电工胶布缠封。

锚索孔注浆:锚索孔内采用425#水泥配置的1∶1的M30水泥砂浆, 水灰比0.45, 砂浆强度不小于300MPa, 采用从孔底到孔中的返浆式注浆, 注浆压力不低于0.25MPa。注浆前浆液应充分搅拌, 现搅现用, 当孔内浆液初凝后应及时进行二次注浆以保证注浆饱满。

框架梁施工:框架梁采用C25钢筋混凝土现场浇筑, 浇筑时预埋QM锚垫板及孔口PVC管, 每片框架梁 (12m) 应整体浇筑, 一次完成, 两片梁之间设置2cm的伸缩缝, 缝内用沥青麻筋填塞。

锚索张拉锚固:当框架梁达到设计强度后, 可进行预应力锚索的张拉和锁定。张拉分五级两次进行, 即按照设计吨位的20%、40%、60%、80%、100%、110%进行张拉, 其中前三级为一次张拉, 一次张拉完毕后5天进行二次张拉, 超张拉110%后锁定。张拉完毕后留30mm长的钢绞线, 其余截去, 采用C25混凝土及时封闭锚头坑。

现场试验:为了确定锚索的极限承载力, 验证锚索设计参数和施工工艺的合理性以及工程质量, 现场需进行锚索的抗拔试验, 试验结果应满足相关要求。

2.2 路基路面防排水

在处理路基路面降水和地下水对高填方陆地的稳定性有着较大的影响因素, 在密度、坡度不变的情况下, 在同一深度上, 含水量大的边坡稳定的安全系数较小, 这也说明含水率对边坡的稳定性有着重要的影响。也就是说降水的深入对边坡的稳定有着直接的影响, 因此开挖边坡应避开雨季, 及时进行支护工作, 以免地表水严重下渗影响边坡稳定性;在同一种降雨强度下, 随着水下渗深度的增加, 边坡安全系数降低, 并且这种趋势随着水的入渗深度增大, 这种趋势迅速增大, 说明下部土体对边坡的稳定性起关键作用, 在实际工程中应做好地下水的排泄工作。并且, 在实际工程中, 在富水地区尤其重视地下水位的变化对边坡造成的影响, 更应采取有效措施控制地下水位升降。

考虑到膨胀土路基填土受水的影响较大, 必须进行路基路面的防排水处理, 重点做好以下三个方面:检查路基边坡以及路面的原有排水设施的情况, 将排水沟的整体施工情况进行有效的分析, 路面的横坡的坡度等都要考虑在内。在对路堤以及路面施工过程中出现的加固情况进行综合性调整, 而且还应该在滑坡的外围设置一定的截水沟, 并修建一定的排水系统, 最大限度的减小地表的水作用情况, 植树造林, 提高防渗强度。对于路面裂缝开裂严重处建议铲除沥青混凝土层, 在水泥稳定粒料基层上铺一层土工布以防治雨水通过裂缝进入到路堤填土内部;做好沥青混凝土路面裂缝的修补工作。

2.3 沥青路面裂缝修补

(1) 修补材料。裂缝修补材料建议选择路斗士C3405型密封胶, 该产品是一种单组分、高性能的聚合乳化沥青路面裂缝密封材料, 适合于直接灌注到3mm到25.4mm宽度的裂缝当中。该材料在寒冷的天气里仍保持其柔韧性, 在炎热的天气里不流动, 使用该材料封缝可以有效防止水通过裂缝进入路面结构内部。 (2) 修补工艺。裂缝修补主要包括裂缝开槽、裂缝清理和灌缝三个阶段。裂缝比较细时, 材料通常难以灌入到缝隙内部, 因而当裂缝宽度小于13mm, 应采用开槽机对裂缝进行切割, 建议将裂缝开凿成宽度为12.7mm, 深度为12.7mm的槽口;裂缝灌注前, 应采用空压机产生的气流将开过槽的裂缝中的灰尘、杂物及周边松动的物体清除干净, 保持裂缝的清洁和干燥, 以达到最佳的粘结和密封效果:灌缝时应自下而上充分填满, 每条裂缝的灌注应连续进行, 灌缝结束后密封表面宜稍宽于裂缝宽度, 对于路斗士C3405密封胶, 施工后两个小时即可开放交通。

3 结束语

在高速公路建设工程中高边坡路堤的加固控制措施也是任重道远的, 在工程施工过程中还需要去做大量的工作来准备, 不仅需要对地质条件以及治理措施进行相应的勘察, 还需要从根本上来建立一定治理措施, 这样才能不断处理和改善相关的理论体系, 更完善、更成熟的完成, 最终形成一套针对高速公路高路堤边坡加固技术的新理念。

摘要：本文对高路堤边坡失稳原因作出了分析, 重点对高路堤边坡加固治理措施进行了阐述。

关键词：高速公路,高路堤,边坡失稳,加固治理

参考文献

路堤边坡篇5

关键词：道路工程,降雨入渗,饱和-非饱和,边坡稳定性

0 引言

路堤边坡的长期稳定对公路的安全运行具有极为重要的意义。复杂的气候条件, 尤其长期的降雨作用下会对边坡的稳定性造成极为不利影响:一方面, 雨水入渗导致原有坡体内部的非饱和区域发生强烈变化, 如负孔隙水压力的降低甚至消散使得边坡土体的抗剪强度降低, 与此同时入渗的雨水引起坡体表面的不同位置形成暂态饱和区, 增大该区域内土体的自重, 使得坡体下滑力增加[1,2];另一方面, 长时间降雨会引起边坡原有饱和区水位线上升, 坡体内部孔隙水压力增大, 有效应力降低, 从而使得边坡相应部位土体的强度降低[3]。国内外相关的统计和研究均表明[4], 降雨是诱发公路边坡失稳的主要因素。

亚黏土由于具有易于压实且物理力学性能较高的特性, 现今被广泛用作于路堤填料, 但由于其相对一般黏土的颗粒较粗, 透水性强, 在长时间小强度降雨工况下, 其路堤边坡将受到较大危害。综合分析现今的研究成果, 学者们较为侧重于降雨条件下软岩边坡及粗粒土路堤边坡[5,6]的渗流特性及稳定性, 而对于亚黏土路堤边坡在长时间降雨条件下的稳定性研究还较少。为此, 本文通过Geo-studio软件中的seep模块模拟亚黏土路堤边坡内部水位线以及基质吸力在长时间降雨条件下的变化趋势;并结合修正后的饱和-非饱和理论, 利用FLAC3D以及修正后的饱和-非饱和抗剪强度公式系统研究基质吸力变化、土体重度变化以及亚黏土的软化效应对边坡稳定性的影响, 为公路路堤边坡的病害处置及预防提供参考。

1 降雨入渗及路堤边坡稳定性分析方法

1.1 饱和-非饱和渗流原理

路堤边坡渗流分析中, 饱和与非饱和状态区域通过地下水位联系起来, 因此, 采用路堤边坡中水位线高度h为因变量, 建立统一的控制方程。饱和-非饱和渗流问题与饱和渗流问题一样, 均满足达西定律土体内非恒定渗流, 在路堤边坡降雨入渗分析中采用各向同性即认为x, y方向的渗透系数相等, 其偏微分方程形式如公式 (1) 所示[7]:

式中:h为土体中的总水头;k为亚黏土的渗透系数;Q为源汇项;mω为比水容量;ρω为水的密度;g为重力加速度;t为时间。

岩土体的非恒定渗流方程为:

式中:[K]为单元特征矩阵;[M]为质量刚度矩阵;{Q}为节点流量向量。

有限元方程求解结合以下边界条件求解:

式中:S1为已知水头边界;S2为已知流量边界。

非恒定渗流的初始条件为:

在饱和-非饱和渗流问题中, 渗透系数随基质吸力的变化关系呈非线性变化, 因此在缺乏试验研究的情况下, 为真实模拟降雨对亚黏土路堤边坡稳定性的影响, 结合现有的理论研究成果, 采用经典的Van Genuchten模型, 拟合亚黏土路堤边坡体积含水率以及渗透系数随基质吸力的变化关系。模型表达式为[8]:

式中:θ为土壤体积含水率;h为压力水头;θs和θr分别代表残积土饱和体积含水量与残余体积含水量;α和n为经验拟合参数 (或曲线形状参数) , 而m=1-1/n;Ks为饱和渗透系数;K (θ) 为渗透系数随坡体内体积含水率的变化关系。

1.2 饱和-非饱和抗剪强度理论与软化效应

库仑于18世纪70年代根据抗剪强度试验提出土的抗剪强度τf计算公式[9]:

式中:c'为有效粘聚力;σ'为剪切滑裂面的有效正应力;φ'为有效内摩擦角。

由于饱和抗剪强度公式仅考虑了饱和状态下土体的抗剪强度, 忽略了非饱和状态下基质吸力对边坡稳定性的贡献;基于饱和抗剪强度公式在真实工况的差异, Fredlund等[10]通过引入双应力变量 (σ-μa, μa-μw) 理论提出了满足非饱和土的抗剪强度公式:

式中:μa为路堤边坡空气进气值, 考虑边坡孔隙与大气相连接, 故μa=0, φb为基质吸力对内摩擦角的贡献, 按经验取值φb=14°;μw表示孔隙水压力。

大量学者的研究表明:随着饱水时间的增加亚黏土的粘聚力、内摩擦角逐渐降低, 并且这种变化呈非线性变化。因此, 在数值模拟中真实反映亚黏土路堤边坡在降雨过程中粘聚力和内摩擦角变化对路堤边坡稳定性的影响, 在数值模拟中应对粘聚力和内摩擦角进行修正。蒋中明[11]等提出岩土体的粘聚力随浸泡时间的变化关系一般用指数函数来表示, 即:

式中:m, n均为拟合系数。

将 (10) 式带入 (9) 式中, 可得到修正后的非饱和抗剪强度公式:

式中:c″, φ″分别为考虑边坡内部基质吸力变化以及降雨入渗软化效应后的修正粘聚力和修正内摩擦角。

1.3 考虑基质吸力变化与软化效应边坡稳定性计算方法

为模拟长时间降雨工况下, 亚黏土高路堤边坡基质吸力消散以及软化效应对路堤边坡稳定性的影响, 建模时首先采用Geo-studio软件中的seep模块根据地质情况, 建立相应数值模型, 研究亚黏土路堤边坡水位线以及负孔隙水压力的变化规律;其次, 将seep计算的孔隙水压力通过fish语言导入到FLAC3D中, 利用FLAC3D内置的fish语言对边坡的重度、粘聚力、内摩擦角根据饱和度、饱水时间进行修正;最后, 采用修正后的饱和-非饱和抗剪强度理论以及强度折减法计算边坡的安全系数。具体流程图见如图1。

2 路堤边坡渗流规律

2.1 模型建立与降雨工况

以广西某高速典型亚黏土路堤边坡为研究对象, 建立相应数值模型如图2所示。

Seep模拟过程中采用以下渗流边界条件:模型底部、两侧、路堤路面均设置为不透水边界, 路堤边坡坡面、坡脚以外的水平面设置为单位流量边界。

降雨入渗初始条件:对亚黏土路堤坡面及坡脚多个位置的钻孔取样, 设置如图2所示的初始地下水位线。

降雨入渗水力学参数:根据现场获取原状土样进行室内饱和渗流试验, 测得饱和渗透系数取0.6×10-7m/s, 饱和体积含水率取0.15。通过调查当地气象资料可知, 以及相关的文献认为长时间降雨对边坡稳定性影响较大, 故取降雨等级为中雨, 单位时间降雨强度为:q=3.44×10-7m/s。本文采用公式 (6) 、 (7) 所示的Van Genuchten模型对非饱和区渗透系数进行拟合, 土壤中基质吸力不超过100k Pa, 渗透系数及体积含水量随基质吸力变化见图3、图4所示。

2.2 边坡水位分布规律

长时间降雨工况下, 亚黏土路堤边坡内, 各时段内的水位线分布如图5所示。

由图5可知, 随着降雨时间的增加路堤边坡内部水位线逐渐升高;路堤边坡内部水位线的上升速率在坡脚上升最快, 越靠近路堤中心线, 边坡内的水位线上升的速率越慢。边坡内的水位线呈现此趋势变化的主要原因:首先随降雨历时的增加, 坡体内部亚黏土的含水量逐渐增加, 水位线逐渐升高;其次, 模拟降雨时采用Van Genuchten模型模拟渗透系数以及体积含水率对随基质吸力的变化关系即基质吸力越大渗透系数越小, 而从坡脚至坡顶边坡的基质吸力逐渐递增, 渗透系数逐渐减小, 故路堤边坡内水位线在坡脚处上升的速率快, 在路基中心上升速率慢。

2.3 路堤边坡孔隙水压力的分布规律

随降雨历时的增加, 路堤边坡内部孔隙水压力的变化如图6所示, 由于篇幅有限仅给出了降雨72h亚黏土路堤边坡孔隙水压力的分布情况。

由图6可知, 随降雨历时的增加, 路堤边坡内部的基质吸力逐渐消散, 并在水位线以下负空隙水压力逐渐变为正孔隙水压力。

3 路堤边坡稳定性分析

3.1 三维模型的建立与计算参数

为将Geo-studio软件计算的结果导入到FLAC3D中, 在FLAC3D中建立相应的数值模型, 建模过程中, 保证网格大小、数目与渗流模型的模型完全一致。限于篇幅, 只列出了降雨72小时后的三维数值模型图。对比图7及图6可知, 采用自编的fish将渗流计算的结果导入到FLAC3D中是可行的。通过此方法, 有效的避免了FLAC3D软件在渗流计算中将负孔隙水压力归“0”的弊端, 提高了路堤稳定性计算结果的准确性。

初始条件:模型左右两边采用限制x方向位移, 模型底部采用限制x、y、z方向的位移;在初始应力生成方面, 先采用弹性模型求解, 再将x、y、z各方向上的位移以及速率清零。

应力计算边界条件:铅直边界上施加水平约束, 水平底部边界上施加铅直约束。数值计算中所用的粘聚力、内摩擦角分别按照公式10、11进行修正, 土体重度根据孔隙水压力的大小在进行线性插值赋值。其余相关物理力学参数根据室内试验与查阅相关文献进行综合取值, 见表1所示。

3.2 稳定性计算

由于篇幅有限, 本文仅给出了持续降雨24h的剪应变增量云图, 如图8所示。

由图8可知, 剪应变增量云图突变主要体现在路堤边坡坡脚处, 因此边坡失稳首先发生在路堤边坡坡脚处;其原因为, 在降雨过程中, 边坡坡脚基质吸力小, 降雨入渗量大, 雨水对边坡的软化作用强。

随降雨历时的增加, 路堤边坡安全系数变化如表2所示。

由表2可知随降雨历时的增加, 路堤边坡的安全系数逐渐减小且0-24小时边坡安全系数降低最多;根据高速公路《公路路基设计规范》 (JTG D30-2015) [12], 持续降雨工况下, 路堤边坡安全系数低于1.25时认为处于失稳状态, 当降雨120小时, 边坡安全系数为1.24, 由稳定状态变为失稳状态;究其原因:由图8可知路堤边坡, 剪应变增量突变主要发生在坡脚处, 0-24小时内边坡坡脚处水位线上升的速率较快, 导致基质吸力快速丧失, 此外由于雨水对坡脚的软化作用导致边坡在0-24小时内安全系数降低最多;随降雨历时的增加, 路堤边坡内水位线逐渐上升, 坡体中积水较多, 基质吸力逐渐消散, 软化作用增强导致路堤边坡土的抗剪强度降低, 下滑力增大, 最终使路堤边坡的安全系数小于路基规范中规定的边坡安全的下限值, 处于失稳状态。

4 结论

通过对亚黏土路堤边坡在长时间降雨工况下, 流固耦合作用进行数值模拟, 得到以下结论:

(1) 随着降雨时间的延长, 边坡内部水位线逐渐上升, 负孔隙水压力逐渐消散并逐渐转变为正孔隙水压力。

(2) 将seep渗流计算的结果通过fish语言导入到FLAC3D中, 能较好反映流固耦合作用对亚黏土路堤边坡土体抗剪强度的影响。

路堤边坡篇6

关键词：边坡,稳定性,理正,ABAQUS

1 工程概况

荣乌高速公路十七沟至大饭铺段项目工程位于内蒙古自治区境内, 是国家高速公路规划网中第四条东西横向线 (共18条) 的一段。因为前期工作时间及考虑的因素有限, 项目路堤高边坡尽管进行了初步设计, 依据动态设计原则, 尚需对路堤高边坡进行稳定分析验算, 并根据计算结果对边坡进行优化设计, 以期达到更加安全经济的目的。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

项目区位于山陕黄土高原北部前沿地带, 吕梁山地北缘。地貌类型主要为低山丘陵, 沟壑发育, 多呈“V”形, 地形起伏较大, 海拔高程960 m~1 800 m, 高差最大600 m。

2.2 地层岩性

项目区表覆湿陷性黄土, 下伏泥岩、砂岩、泥质砂岩及灰岩。项目区湿陷性黄土主要为第四系上更新统马兰黄土, 黄褐色、褐黄色及浅黄色, 大孔隙, 虫孔发育, 含少量钙质结核, 垂直节理发育, 压缩性中等, 具轻微非自重湿陷性。

3 稳定性分析

边坡稳定性分析已经有很长的历史, 经历了从定性分析到定量计算, 再到数值分析, 近些年还出现了综合定性分析与定量计算的不确定分析方法。路堤高边坡稳定性分析经常采用极限平衡法和有限元法。

项目分为9个标段, 共有高路堤28处, 填土最大高度为38 m, 初步设计自上而下每隔8 m设置一个台阶, 台阶间设置宽度为3 m的平台, 边坡坡率均采用1∶2。本文选取典型填方路段6标的K38+450~K38+540进行计算说明, 长度90 m, 填方高度38 m。根据室内试验获得岩土参数为:重度γ=16.66 k N/m3;粘聚力c=25 k Pa;内摩擦角φ=35°。

3.1 理正岩土分析计算

《公路路基设计规范》中规定, 路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性宜采用简化Bishop法计算。

理正岩土计算参数设置见表1。

计算简图见图1。

计算得出安全系数为2.341, 滑动面位置及计算结果图见图2。

3.2 ABAQUS分析计算

选取左右对称路堤的一半进行分析, 边坡几何尺寸及计算模型见图3。

ABAQUS计算参数设置见表2。

边坡失稳判据为数值分析的不收敛, ABAQUS计算不收敛时安全系数为2.327。此时路堤边坡在积分点处塑性应变值云图见图4, 由图4可见, 路堤边坡形成了滑动破裂面, 其塑性应变区已经贯通。

从上面的计算分析可知, 理正岩土与ABAQUS算得的安全系数比较接近, 说明两种方法比较合理。《公路路基设计规范》中规定, 路堤边坡稳定性系数 (安全系数) 一般不得小于1.25。两种方法算得的安全系数均远远大于1.25, 偏于保守, 可以对边坡进行优化设计。

4 边坡优化设计

优化设计后边坡坡形:自上而下每隔8 m设置宽2 m的平台, 边坡坡率第一级采用1∶1, 第二级采用1∶1.2, 以下均采用1∶1.5。

优化设计后边坡稳定性分析计算如下。

4.1 理正岩土分析计算

理正岩土计算参数设置见表1。

计算简图见图5。

计算得出安全系数为1.759, 滑动面位置及计算结果图如图6所示。

4.2 ABAQUS分析计算

选取左右对称路堤的一半进行分析, 边坡几何尺寸及计算模型见图7。

ABAQUS计算参数设置见表2。

边坡失稳判据为数值分析的不收敛, ABAQUS计算不收敛时安全系数为1.752。此时路堤边坡在积分点处塑性应变值云图见图8, 据图8可见, 路堤边坡形成了滑动破裂面, 其塑性应变区已经贯通。

从上面计算分析可知, 理正岩土与ABAQUS算得的安全系数比较接近, 均大于1.25, 这样既保证了路堤边坡处于稳定状态, 又有一定的安全储备, 比较安全经济。

5 结语

通过理正岩土与ABAQUS对路堤高边坡进行了稳定性分析计算, 两种方法计算结果比较接近, 可以很好的模拟实际工程, 从而指导工程设计和施工。根据计算结果对路堤高边坡进行了优化设计, 能产生节约土方量、降低边坡防护面积及减少土地占用等经济效益。本文计算方法和优化设计方案可供类似工程参考。

参考文献

[1]JTG D30-2004, 公路路基设计规范[S].

[2]黄昌乾, 丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法[J].水电站设计, 1999, 15 (1) :53-58.

[3]王金昌, 陈页开.ABAQUS在土木工程中的应用[M].杭州:浙江大学出版社, 2006.

[4]徐金春.理正软件在边坡稳定分析中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报, 2010, 10 (4) :16-17.

路堤边坡篇7

一、计算模式

1. 滑动面模式。

(1) 关于膨胀土路堤的整体稳定性。路堤的整体稳定性计算, 一般可以采用圆弧稳定性分析方法。

(2) 关于膨胀土路堤边坡的表层稳定性。在膨胀土路堤完工的初期, 其表层和内部土的强度基本上是一致的。但在经过几年的气候变化以及风化作用后, 由于湿胀干缩的反复作用, 表层中产生很多裂隙, 雨水沿着不断发育的裂隙深入, 致使土块崩解、软化、膨胀并使其密度变小, 导致发生大量的边坡浅层溜滑, 这是膨胀土地区最普遍的路基病害之一。现场调查表明, 表层软化的深度因各地区气候和土质的不同而异, 一般约1.0~1.5m。边坡表面的浅层溜滑就是沿着这种软化表层的底部发生的。

2. 汽车荷载的换算。

路基除承受自重作用外, 还同时承受行车荷载的作用。在边坡稳定性验算时, 需要按照车辆最不利情况进行排列, 采用与设计标准车相应的加重车进行布置, 将车辆的设计荷载换算成相当于土层的厚度h0, 此厚度h0称为车辆荷载的当量高度或换算高度。验算时, 将当量高度的土体连同滑动土体一并进行力的计算。当量高度h0的计算公式如下。

式中, h0为当量高度, 单位是m;N为横向分布的车辆数, 单车道N=1, 双车道N=2;Q为每一辆加重车的重量, 单位是k N;Φ为路基填料的重度, 单位是k N/m3;L为汽车前后轴轮胎总距, 单位是m, 汽-10, 汽-15, L=4.2m, 汽-20重车, L=5.6m;B为横向分布车辆轮胎最外缘之间总距, 单位是m。B按下式计算。

式中, b为每一车辆的轮胎外缘之间的距离, 单位是m;d为相邻两车车轮胎之间的净距, 单位是m;N的含义同式 (1) 。

荷载分布宽度可以分布在行车道宽度范围内, 考虑实际行车有可能横向偏移或车辆停放在路肩上, 也可以认为h0厚的当量土层分布在整个路基宽度上。在以下的计算中, 取汽车荷载q=20k Pa。

路堤边坡稳定性计算参数见表1。进行中膨胀土边坡的表层稳定性分析时, C值取其浸水饱和剪切试验C值的80%, Φ值不变。进行浸水路堤计算时, 各土层的内摩擦系数fb=0.75f。其中, f为标准击实土的内摩擦系数, 黏聚力Cb=0.5C, C为标准击实土的黏聚力。

二、膨胀土路堤边坡表层稳定性分析

1. 弱膨胀土路堤边坡。

为了考察弱膨胀土路堤边坡稳定性, 笔者以荆门地区某高速公路为例进行分析, 采用直线滑动面, 计算中通过调整坡高、坡比及风化层厚度, 模拟计算不同坡高、坡比条件下边坡稳定系数。计算结果见表2。

从表2可以看到, 坡比及风化层厚度是影响边坡表层稳定性的两大关键指标, 坡高对边坡是否形成浅层滑动的影响并不十分明显。除坡高2m坡脚支衬作用较为明显、稳定系数较大外, 随着坡高的增大, 稳定系数变化较为平缓。这就暗示在相同表层软化深度和坡比下, 浅层滑动一旦形成, 可在任何坡高的情况下发生, 这一结论与现场调查的结果是一致的。

在同一坡度和坡比下, 表层软化深度越大, 稳定系数越小。这就意味着, 坡高、坡比一定时, 表层软化深度越深, 表层稳定性就越差。初期稳定的膨胀土边坡随着时间的推移, 在大气的风化作用下, 经反复干湿循环, 表层软化深度不断增大, 稳定系数逐步变小, 这就是最终失稳的原因。其他条件相同时, 边坡越陡, 表层稳定性就越差。

从以上的分析可以看出, 对于某一特定的土质边坡, 在某地区气候的影响深度是一定的。因此, 坡比往往是决定边坡稳定的关键因素。

有关研究资料表明, 荆门地区大气影响深度约在1.5~2.0m。根据这一深度可以得到本地区弱膨胀土路堤稳定坡度为1∶n=1∶1.5。当坡高小于3.0m时, 边坡可适当加陡。

2. 中膨胀土路堤边坡。

为了考察中膨胀土路堤的稳定性, 本文, 笔者采用直线滑动面, 计算中通过调整坡高、坡比及风化层厚度, 来模拟计算不同坡高、坡比条件下边坡稳定系数, 计算结果见表3。

从表3可得到与弱膨胀土路堤边坡类似的结论。例如, 采用中膨胀土填筑路堤时, 即使坡比调至1∶2.0, 由于大气风化作用, 表层风化深度达到1.5~2.0m时, 边坡将产生浅层滑动破坏。荆门地区膨胀土受大气影响的深度约为1.5~2.0m, 从边坡稳定的角度来看, 本线路不宜直接采用中膨胀土回填路堤, 中膨胀土填筑路堤必须进行改性或包边处理。

三、路堤边坡整体稳定性分析

由于中膨胀土难以满足路堤边坡表层稳定要求, 因此进行路堤边坡整体稳定性分析时, 将不考虑中膨胀土, 而对中膨胀土改性土、包边路堤边坡及弱膨胀土路堤边坡进行计算。

为了考察填料性质对边坡稳定性的影响, 假定路堤筑于一相对硬土层上, 设基底土层C=14.4k Pa, Φ=30°, γ=19.1k N/m3, 对弱膨胀土路堤、石灰改性土路堤、粉煤灰改性土路堤及包边路堤整体稳定性进行模拟计算。计算结果见表4。

从表4可以看到, 石灰改性土路堤、粉煤灰改性土路堤及中膨胀土包边路堤在坡高5m时, 坡比采用1∶1.75;在坡高8m时, 坡比采用1∶2.0, 具有较好的整体稳定性。弱膨胀土路堤在坡高5~8m坡比时, 坡比采用1∶1.5, 具有较好的整体稳定性。

四、浸水路堤整体稳定性分析

浸水条件下弱膨胀土路堤、改性土及包边路堤整体稳定性分析结果见表5。基底土计算参数C=7.2k Pa, Φ=22.57°, γ=19.1k N/m3。

分析计算成果可知, 在一定坡比下, 浸水石灰改性土、粉煤灰改性土路堤均有足够的稳定性, 但其稳定系数相比非浸水条件有较大幅度降低。浸水条件下, 中膨胀土包边路堤稳定系数较非浸水条件亦有较大幅度降低。

五、结论与建议

1.膨胀土边坡滑动受浅层滑动破坏模式控制, 直线滑动比圆弧滑动更易发生, 因此用直线滑动来决定坡度是合理的。

2.表层风化层深度是决定膨胀土边坡稳定性的关键因素, 因此, 防风化、减少干湿循环对于边坡稳定具有重要意义。

荆门地区大气层影响深度约为~, 由此可确定弱膨胀土路堤边坡稳定坡比应在1∶1.5~1∶1.75。

4.由于大气的风化作用和干湿循环, 中膨胀土边坡极易产生浅层滑动破坏, 因此中膨胀土不宜直接填筑路堤。中膨胀土用于填筑路堤时, 必须对其进行适当处理, 如改性或包边等。