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《公路工程雜志》2016年第4期

摘要：

以藍(lán)山湘江源至高塘坪公路段為工程背景，根據(jù)構(gòu)建的格賓及土體格柵的路基邊坡主動(dòng)和被動(dòng)破壞模式，運(yùn)用極限分析原理獲得了路基邊坡?lián)跬翂Πl(fā)生主、被動(dòng)破壞時(shí)土壓力的上限解。并以此為基礎(chǔ)，揭示了土體強(qiáng)度參數(shù)、格柵加固方式等因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性和主、被動(dòng)土壓力的影響規(guī)律。最后，借助數(shù)值分析軟件對(duì)該路段的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，可為工程路基邊坡施工和支護(hù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：

道路和邊坡工程;加筋格賓;土工格柵;路面荷載;穩(wěn)定性分析

0引言

近年來(lái)高速公路、鐵路等道路工程建設(shè)速度不斷加快，質(zhì)量不斷提高，因此新理念、新思想、新材料的提出與應(yīng)用越發(fā)必要。格賓擋土墻因其在安全性、透水性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)點(diǎn)，在道路工程邊坡加固領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，并取得了較好效果［1，2］。加筋格賓擋土墻結(jié)構(gòu)誕生于上世紀(jì)末［3－5］，在馬來(lái)西亞班賽公路建設(shè)中首次將格賓擋土墻和絞接鋼絲網(wǎng)聯(lián)合使用于路基邊坡加固中，并在路基邊坡中取得了良好的加固效果。在隨后的近三十年中，該項(xiàng)新技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外道路、河堤、房屋結(jié)構(gòu)及市政等多項(xiàng)土木工程中［6－9］。在加筋格賓擋土墻穩(wěn)定性分析方面，目前使用較為廣泛的是傳統(tǒng)的極限平衡法［10］。在其考慮土工格柵的加固效果時(shí)，認(rèn)為各層格柵的拉力均相同，這與實(shí)際情況不符。而極限分析方法與極限平衡法不同，在構(gòu)建的破壞模式的基礎(chǔ)上可以充分考慮不同土層強(qiáng)度參數(shù)和各層格柵的拉力發(fā)揮情況，與工程實(shí)際更為吻合［11，12］。因此，本文在極限分析上限法的基礎(chǔ)上，分別建立加筋格賓路基邊坡的主動(dòng)和被動(dòng)破壞模式。通過(guò)分別計(jì)算擋土墻后土體發(fā)生主動(dòng)和被動(dòng)破壞時(shí)的路基填土、原狀土、擋土墻、墻后土體粘附力、及各層土工格柵的做功功率，從能量的角度獲得擋土墻后邊坡的主、被動(dòng)土壓力上限解。并借助參數(shù)分析和數(shù)值模擬手段揭示土體強(qiáng)度參數(shù)、土工格柵加固方式等因素對(duì)邊坡土壓力和穩(wěn)定性的影響。研究成果對(duì)工程路基邊坡的施工和支護(hù)有一定的借鑒意義。

1工程概況

藍(lán)山湘江源至高塘坪公路段典型斷面如圖1所示。斷面為高填土路基，原有邊坡坡面線與路基外邊坡坡角大致相同，各層土體強(qiáng)度參數(shù)如表1所示。

2主、被動(dòng)破壞能量計(jì)算借助極限分析

上限法，構(gòu)造加筋格賓路基邊坡整體破壞模式如圖2所示。破壞模式中，邊坡總高度為H，填土路基邊坡以點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心沿著對(duì)數(shù)螺旋滑動(dòng)面)AGF發(fā)生滑動(dòng)破壞。土體以地面線為邊界分為路基填土和原狀土兩部分，具有不同的強(qiáng)度參數(shù)γ1、c1、φ1和γ2、c2、φ2。DE段為格賓擋土墻，墻后即高度H2段土體采用土工格柵進(jìn)行分層加固，加固層數(shù)為n。墻后土體在發(fā)生主動(dòng)和被動(dòng)破壞時(shí)的墻與墻后土體粘附力及主、被動(dòng)土壓力作用方式分別如圖3所示。

3基于強(qiáng)度折減法的主、被動(dòng)土壓力上限

解根據(jù)極限分析上限法和強(qiáng)度折減法，可以得到給定安全系數(shù)下主動(dòng)和被動(dòng)破壞的邊坡主動(dòng)和被動(dòng)土壓力解析式，分別為:Pa=W－Ds－DT－Df(sinδ+β)(2r0sinθ0+H1+23H)2－(cosδ+β)(2dE+13H2cotβ)2(15)Pp=W－Ds－DT－Df(－sinβ2－)(δr0sinθ0+H1+23H)2+(cosβ2－)(δdE+13H2cotβ)2(16)根據(jù)破壞模式中的幾何條件，主、被動(dòng)土壓力解析式中需滿足的約束條件可以確定:r'0＜r0H1+H2+H3=Hθ0＜θB＜θC＜θD＜θE＜θ{F(17)通過(guò)約束條件，借助Matlab優(yōu)化軟件可獲得不同參數(shù)條件下主、被動(dòng)土壓力的上限解。

4參數(shù)分析

為了解各參數(shù)對(duì)土壓力的影響情況，分別分析了地震力、土工格柵布置數(shù)量、單層格柵拉應(yīng)力、下坡角、坡頂荷載對(duì)主、被動(dòng)土壓力的影響規(guī)律(見(jiàn)圖4～圖6)。進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，邊坡總高度H=42m、每級(jí)邊坡高度為H1=H2=H3=14m，其他參數(shù)見(jiàn)圖中標(biāo)注。從上述3組分析數(shù)據(jù)中可以看出:在給定的參數(shù)下，主、被動(dòng)土壓力隨著單層土工格柵拉力T和安全系數(shù)Fs的遞增呈線性變化規(guī)律，且主動(dòng)土壓力隨著T的增大而減小，隨著地震力系數(shù)kh、坡頂荷載q和安全系數(shù)Fs的增大而增加，而被動(dòng)土壓力的變化規(guī)律與之恰恰相反;另一方面，坡角β對(duì)主、被動(dòng)土壓力的影響則呈非線性，且主動(dòng)土壓力隨著β的增大而增加，隨著土工格柵布設(shè)層數(shù)n的增大而減小，而被動(dòng)土壓力的變化規(guī)律與之亦相反。

5路基邊坡的整體與局部破壞的數(shù)值模擬研究

采用馬克菲爾公司Macstars軟件進(jìn)行擋土墻整體穩(wěn)定性的數(shù)值模擬研究，計(jì)算從內(nèi)部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性兩方面展開(kāi)，計(jì)算典型斷面如圖7所示。

5．1內(nèi)部穩(wěn)定性

內(nèi)部整體穩(wěn)定性分析采用簡(jiǎn)化畢肖普法，通過(guò)軟件搜索最不利滑面，這些計(jì)算滑面中近似包含了0．3H折線破裂面和朗肯破裂面，計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

5．2整體穩(wěn)定性

MacStars軟件在進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析時(shí)，一般采用簡(jiǎn)化畢肖普法和簡(jiǎn)化簡(jiǎn)布法進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算理論和我國(guó)的規(guī)范是完全一致的。Bishop法僅適用于圓弧滑動(dòng)面，但實(shí)際工程中常常會(huì)遇到非圓弧滑動(dòng)面的土坡穩(wěn)定分析問(wèn)題，如土坡下面有軟弱夾層存在或者傾斜巖層面上的土坡，滑動(dòng)面形狀由于受到夾層或硬層的影響呈非圓弧的形狀，此時(shí)采用圓弧滑動(dòng)法分析就不太適用了，針對(duì)這種情況，采用Janbu折線法進(jìn)行分析(見(jiàn)圖9)。表2列出了通過(guò)該數(shù)值模擬研究獲得的該邊坡內(nèi)部及外部計(jì)算安全系數(shù)，從計(jì)算結(jié)果中可以看出:無(wú)論從內(nèi)部還是外部的角度評(píng)價(jià)，該段邊坡安全系數(shù)均超過(guò)規(guī)范允許最小值，邊坡穩(wěn)定性良好。

6結(jié)論

本文以藍(lán)山湘江源至高塘坪公路段為工程背景，借助極限分析上限法和數(shù)值模擬對(duì)該路段路基邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，獲得主要結(jié)論如下:①主、被動(dòng)土壓力隨著單層土工格柵拉力T和安全系數(shù)Fs的變化呈現(xiàn)線性變化的規(guī)律，而隨坡角β呈非線性變化。且主動(dòng)土壓力隨著T、土工格柵布設(shè)層數(shù)n的增大而減小，隨著坡角β、地震力系數(shù)kh、坡頂荷載q和安全系數(shù)Fs的增大而增加;而被動(dòng)土壓力隨參數(shù)變化的規(guī)律相反。②數(shù)值模擬研究表明，該路段邊坡無(wú)論從內(nèi)部穩(wěn)定性方面還是整體穩(wěn)定性角度考慮，其計(jì)算安全系數(shù)均超過(guò)規(guī)范允許最小值，邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)良好。

參考文獻(xiàn)：

［1］王祥，黃向京，劉澤．加筋格賓擋墻的結(jié)構(gòu)特性數(shù)值分析［J］．公路工程，2014(4):4－9．

［2］楊燦宇，王武生，張作剛，等．加筋格賓擋墻在懷化至通道(湘桂界)高速公路避險(xiǎn)車道中的應(yīng)用［J］．公路工程，2013(6):169－172．

［3］何光春．加筋土工程設(shè)計(jì)與施工［M］．北京:人民交通出版社，2000．

［5］陳桂軍，何斌．格賓網(wǎng)箱擋土墻在廣西高速公路的應(yīng)用［J］．西部交通科技，2006(5):61－63．

［6］祝和意，馬曉華．加筋格賓擋墻施工關(guān)鍵技術(shù)研究［J］．鐵道建筑，2011(5):71－74．

［7］張文格．加筋格賓在高速公路路基防護(hù)工程中的應(yīng)用［J］．路基工程，2012(5):170－173．

［8］楊果林．現(xiàn)代加筋土技術(shù)應(yīng)用與研究進(jìn)展［J］．力學(xué)與實(shí)踐，2002，24(1):9－17．

［9］張良．加筋格賓擋土墻的應(yīng)用與分析［J］．中國(guó)水運(yùn)月刊，2010，10(6):216－217．

［10］鄭虎，許凱凱，楊勝波．加筋格賓擋墻在邊坡工程中的應(yīng)用［J］．低溫建筑技術(shù)，2010，32(2):57－59．

［11］楊乃彬，龍浪波．新型綠色加筋格賓擋墻的特點(diǎn)及其應(yīng)用［J］．四川建筑，2010，30(2):98－99．

［13］黃向京，許桂林，陳潤(rùn)夏．有限元強(qiáng)度折減法在加筋格賓陡坡支擋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(2):3916－3922．

［14］高江平，俞茂宏，胡長(zhǎng)順，等．加筋土擋墻土壓力及土壓力系數(shù)分布規(guī)律研究［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2003，25(5):582－584．

作者:楊開(kāi)業(yè) 單位:湖南省交通科學(xué)研究院