強度分區(qū)的膨脹土路堤穩(wěn)定性及土工格柵處治效果分析

1前言南昆鐵路建筑長度863km,鐵路通過膨脹巖(土)地段長146km,占總長的16.9％。膨脹巖(土)具有:脹縮性、碎裂性、低強度性和超固結(jié)性等工程地質(zhì)特征,給路基工程處理帶來許多困難。南昆鐵路那百段,計有膨脹巖(土)地段長43km,路塹、路堤長度各占一半。根據(jù)1993

雙向土工格柵在加固膨脹土路堤邊坡中的應(yīng)用——本文結(jié)合工程實例介紹了土工格柵的性能、加固機理、應(yīng)用設(shè)計、施工工藝及工程實際應(yīng)用效果。

土工材料在我國工程實踐中的應(yīng)用越來越廣泛,通過對某段鐵路膨脹土路基施工中對土工格柵的成功比選應(yīng)用,對鐵路路基的加固處理提供了一定的借鑒經(jīng)驗。

主要介紹土工格柵在渝懷鐵路31標段膨脹土路基工程中的應(yīng)用及施工工藝。

為了提高黃土路堤的穩(wěn)定性,防止?jié)裣菪猿两档陌l(fā)生,以土工格柵為加筋材料,在寧夏銀古高速公路輔路k13+150～k13+210的填方路段進行了原型試驗,并對其穩(wěn)定性進行了理論分析,提出了最佳加筋位置的合理計算方法,并對高填黃土路堤的加筋設(shè)計方案進行了擴展研究,認為對黃土路堤加筋,能有效提高其整體穩(wěn)定性,減少或避免濕陷性沉降,分析結(jié)果可為加筋黃土路堤的設(shè)計和計算提供借鑒。

根據(jù)極限平衡原理,通過把加筋筋材的受力分配在潛在的滑面上,采用數(shù)值積分和共軛梯度法的f-r法來搜索滑移面和計算安全系數(shù),最后對某試驗路堤進行了計算分析。

膨脹土路堤邊坡包邊改良的穩(wěn)定性研究——系統(tǒng)地闡述了膨脹土路堤邊坡的破壞類型及其特征、膨脹土路堤邊坡變形演變規(guī)律、邊坡土體的破壞模式，對等厚式封面土層包邊的穩(wěn)定性進行了實驗分析和封面層抗滑穩(wěn)定性系數(shù)計算公式的推導。　　

土工格柵加筋土擋墻穩(wěn)定性計算——依據(jù)加筋機理和粘性土的張拉裂縫特性，假定土工格柵加筋土擋墻墑背破裂面的位置和形狀，從加筋土的整體強度特性出發(fā)，導出了土工格柵加筋擋墻的內(nèi)部穩(wěn)定和外部穩(wěn)定性分析的計算公式．

通過海擋圍堤工程實踐,系統(tǒng)分析研究了分層鋪設(shè)土工格柵圍堤的穩(wěn)定分析計算方法,供同類工程借鑒。

本文通過現(xiàn)場測試及試驗分析，并結(jié)合相關(guān)理論全面系統(tǒng)的研究了土工格柵加筋機理。通過對土壓力、路堤沉降及破壞變形、筋帶應(yīng)力測試結(jié)果進行了試驗對比分析，驗證室內(nèi)試驗的研究成果的可靠性。同時本項目的研究成果在工程實踐中的成功應(yīng)用，也為土工格柵加筋結(jié)構(gòu)在季凍地區(qū)的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

通過dk411+950～dk413+280段用土工網(wǎng)加固膨脹土路堤邊坡的施工,著重介紹土工網(wǎng)保持路堤邊坡穩(wěn)定的原理和作用,土工網(wǎng)鋪設(shè)的施工工藝及取得的工程效果。

結(jié)合工程實例,通過對土工格柵在拓寬路堤中儀器的監(jiān)測結(jié)果,測定了土工格柵應(yīng)變與路基沉降差的正比增長關(guān)系,表明了格柵在路基垂直向位移過程中承受了剪拉力,可以增加新舊路堤的穩(wěn)定性和整體性,更好地減少拓寬路堤的不均勻沉降。

采用有限元強度折減法分析塑料土工格柵加筋土擋墻的穩(wěn)定性,得到破裂面及抗拔穩(wěn)定安全系數(shù),通過與規(guī)范計算的安全系數(shù)比較,表明有限元分析方法的優(yōu)點,以推廣該方法。

由于加筋復(fù)合路堤分析中難以直觀看到筋材的參數(shù)改變對整個工程的穩(wěn)定性貢獻,為了更加深入了解土工格室加筋的效果,設(shè)計用有限元分析軟件結(jié)合強度折減法(strengthreductionmethod,srm)對一個二級公路路堤進行數(shù)值計算.首先,對三維建模的不加筋路堤進行srm計算,再用極限平衡方法驗證,兩種方法得到的結(jié)論吻合.這表明更接近實際情況的三維路堤邊坡建模分析方法適合在復(fù)雜的加筋工況中使用.然后,用此方法分析了鋪設(shè)土工格室后的路堤穩(wěn)定性,通過改變土工格室的焊距、埋深、高度、鋪設(shè)層數(shù)來探究材料參數(shù)因素與邊坡安全系數(shù)之間的規(guī)律.結(jié)果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整體穩(wěn)定性的作用,其中焊距較小、高度較高的土工格室的加筋效果較明顯；多層加筋的路堤被破壞時會形成多弧段的破裂面.

由于加筋復(fù)合路堤分析中難以直觀看到筋材的參數(shù)改變對整個工程的穩(wěn)定性貢獻,為了更加深入了解土工格室加筋的效果,設(shè)計用有限元分析軟件結(jié)合強度折減法（strengthreductionmethod,srm）對一個二級公路路堤進行數(shù)值計算.首先,對三維建模的不加筋路堤進行srm計算,再用極限平衡方法驗證,兩種方法得到的結(jié)論吻合.這表明更接近實際情況的三維路堤邊坡建模分析方法適合在復(fù)雜的加筋工況中使用.然后,用此方法分析了鋪設(shè)土工格室后的路堤穩(wěn)定性,通過改變土工格室的焊距、埋深、高度、鋪設(shè)層數(shù)來探究材料參數(shù)因素與邊坡安全系數(shù)之間的規(guī)律.結(jié)果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整體穩(wěn)定性的作用,其中焊距較小、高度較高的土工格室的加筋效果較明顯;多層加筋的路堤被破壞時會形成多弧段的破裂面.

在研究路堤填土施工過程和土體的非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立了土工格柵加筋高路堤邊坡的有限元分析模型,并利用該模型對土工格柵加筋高路堤邊坡的受力情況、位移和破壞機理進行研究,分析土工格柵的長度、剛度以及鋪設(shè)間距等參數(shù)對路堤變形的影響。實驗結(jié)果表明,選擇模量高,延伸率適宜的土工格柵對減少路堤側(cè)向位移和提高高路堤的穩(wěn)定性具有明顯效果;隨著路堤填土高度的增加,每層土工格柵所受拉力的最大峰值逐漸移向路堤內(nèi)部;土工格柵所受的拉力從下往上逐漸減小,最大拉力出現(xiàn)在堤底第2層上;當路堤邊坡較陡時(坡率為1∶m,m≤1.0),土工格柵的加筋長度宜取5.5~8m;土工格柵的鋪設(shè)間距宜為60cm。

利用巖土工程有限元軟件分析比較了路堤在加筋和不加筋兩種情況下的沉降大小、不均勻沉降的分布以及邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計算,指出了加筋能夠減小路堤的沉降量和不均勻沉降,提高整體穩(wěn)定性,減少路堤的變形發(fā)展,值得推廣應(yīng)用。

近年來關(guān)于膨脹土邊坡的病害處治逐漸轉(zhuǎn)向了柔性防護領(lǐng)域,其中在膨脹土中植入土工格柵就是典型的一種。取十天高速西略段膨脹土加入不同層土工格柵,進行室內(nèi)剪切試驗,研究加筋對膨脹土抗剪強度的影響;再結(jié)合現(xiàn)場試驗,考察筋材對膨脹土邊坡穩(wěn)定性的影響,以此來探討加筋膨脹土的抗剪作用機理。試驗結(jié)果表明:加筋使得剪應(yīng)力峰值、峰值區(qū)域、殘余強度以及峰值出現(xiàn)所對應(yīng)的位移均得到提高;加土工格柵可以有效抑制土樣剪切帶的發(fā)展及土體的雙向變形,提高其延性,推遲塑性破壞的出現(xiàn),改善土體的變形特征,導致破壞模式發(fā)生變化;加筋能有效增大土體的黏聚力,而內(nèi)摩擦角變化不大;加土工格柵能減小坡體的位移變形,增大土體抗滑移強度,提高坡體的穩(wěn)定性。

深入分析了土工材料在半填半挖路堤的加固機理及路堤的破壞模式。在此基礎(chǔ)上,針對在填挖交界面設(shè)置系列臺階的工程實際情況,建立了合理的半填半挖路堤穩(wěn)定性分析模型,該模型可充分考慮填挖交界面臺階的影響及土工加筋材料的加固功能,利用極限平衡法對穩(wěn)定性系數(shù)進行求解。最后,結(jié)合工程實例進行了對比分析,結(jié)果表明,設(shè)置臺階及土工合成材料可較大的增強路堤的抗滑能力。

在考慮軟土地基的固結(jié)和土體的非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的基礎(chǔ)上,利用有限元的數(shù)值方法對加筋路堤的受力性狀和破壞機理進行了分析。分析結(jié)果表明,加筋可以減少路堤的均勻和不均勻沉降,并能增加路堤的穩(wěn)定性

采用非線性有限元方法來分析加筋土坡的位移場,可建立五種計算模型。通過有限元分析,對一般土質(zhì)地基上土工格柵加筋路堤的工作性能進行研究,并對不同布筋方式的土工格柵加筋路堤進行計算與分析,研究各種工況下路堤整體變形情況以及路堤內(nèi)位移分布、坡面?zhèn)纫魄闆r。結(jié)果表明:加筋能較大幅度地提高路堤的整體剛度和內(nèi)部穩(wěn)定性,對地基均勻性和抗變形能力的要求有所提高;加筋路堤邊坡的水平位移隨著路堤加筋位置的上移而增大。

論述了土工格柵的性能,分析了土工格柵加筋路堤中筋材與土的相互作用,并介紹了土工格柵加筋機理的理論依據(jù)和試驗分析,指出土工格柵是一種良好的路用加筋材料,其加筋路堤的作用主要通過土工格柵筋材的拉力激發(fā)來實現(xiàn)。