高填方路堤稳定性与沉降监测分析.pdf
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1、Aug.2023年8 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.4第4期(总第2 8 3期)山西交通科技高填方路堤稳定性与沉降监测分析侯超(山西交通控股集团有限公司运城高速公路分公司,山西运城044000)摘要:为分析高填方路堤的稳定性和沉降规律,采用有限元分析和现场监测两种方法开展研究分析计算结果得出填料黏土和内摩擦角对路堤安全系数的影响较大,而填料弹性模量、泊松比对安全系数影响相对较小,剪胀角影响可忽略。分析现场监测结果得出路堤填筑完成后地基和路堤顶面沉降逐步稳定,路堤整体稳定性良好。关键词:高填方路堤;稳定性;黏聚力;内摩擦角;现场监测
2、中图分类号:U412.222文献标识码:A文章编号:10 0 6-352 8(2 0 2 3)0 4-0 0 2 4-0 3Monitoring Analysis of Stability and Settlement of High-flled EmbankmentHOU Chao(Yuncheng Branch of Shanxi Transportation Holdings Group Co.,Ltd.,Yuncheng,Shanxi 044000,China)Abstract:This paper used finite element analysis and field moni
3、toring to analyze the stability andsettlement law of the high-filled embankment.The analysis and calculation results showed that the influencesof filling clay and the internal friction angle on the safety factor of the embankment were large while theinfluences of the elastic modulus and the Poissons
4、 ratio of the filler were relatively small,and the influenceof the dilatancy angle could be neglected.By analyzing the field monitoring result,it can be concluded thatafter flling the embankment,the settlement of the foundation and embankment top was gradually stable,withgood overall stability of th
5、e embankment.Key words:high-flled embankment;stability;viscosity;internal friction angle;field monitoring山区公路由于受到地形限制,在设计与施工过程中经常出现高填路堤和深挖路堑。高填路堤填方高度大,容易产生沉降变形,如施工质量不合格甚至存在滑动风险。因此,控制高填方路基沉降变形,在设计和施工中保证路堤处于稳定状态,是高填方路基建设的重点。山区公路高填方路基填料通常就地取材,而路堤填料直接影响路堤的稳定性。部分高填方设置土工格栅可限制填料变形 2 ,进而提高路堤的稳定性。所选路堤填料普遍存在粒
6、径过大、填料粒径规格不统二 3、土质组成复杂等问题,影响压实质量,进而降低路堤的稳定性。而土石混填路堤的施工质量控制难度大,且沉降控制难度也较大,必须做好路堤稳定性分析。随着计算机软件技术的不断发展进步,采用有限元软件进行数值模拟分析的准确率不断提高 4,本文依托某一级公路高填方路堤工程项目,利用有限元软件选用有代表性的断面,采用数值模拟分析的方法对路堤稳定性影响因素进行分析,为合理选取路堤填料、制定施工方案提供参考依据,并与现场监测结果进行对比分析,确定施工方案的合理性。1高填方路堤有限元模型建立1.1依托项目简介某一级公路K10+910一K11+560段为高填方路堤,路堤最大填筑高度为58
7、.3m。路基共分为6 级边坡,其中1 5级边坡坡度为1:1.5,6 级边坡坡度为1:1.2 5。路堤下部地基平坦,最大坡度为16,地基稳定性良好。路基填料选用附近路堑开挖弃方和隧道开挖弃方,主要为碎石土。1.2建立模型与边界条件选取填方高度最大的K11+450断面作为研究对收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 0;修回日期:2 0 2 3-0 5-10作者简介:侯超(19 8 6),男,山西运城人,工程师,2 0 11年毕业于西北工业大学土木工程专业。25侯超:高填方路堤稳定性与沉降监测分析2023年第4期象,利用有限元软件建立计算模型。根据设计资料,计算模型分为6 级边坡,计算模型如图1所示
8、。边界条件:模型底边为全约束;路基边坡上部自由,路基顶部自由。图1高填方路堤平面计算模型1.3填料计算参数和计算工况对施工现场路堤填料和地基土取样,通过室内试验并结合现场地质勘察结果,确定路堤填料和地基土有限元计算参数如表1所示。计算工况:K10+910一K11+560段高填方路堤选用碎石土作为路堤填料,碎石单层摊铺厚度为40 cm,路基竖向位移计算云图如图2所示。可以看出,在该工况下路基中部竖向位移较大,上部和下部位移相对较小。表1路堤填料和地基土有限元计算参数重度弹性模量EI泊松黏聚力cl内摩擦填料(kNm-)MPa比kPa角/)碎石土20.6290.321928.8地基土8.5550.3
9、6627.0图2路堤竖向位移云图2路堤稳定性影响参数分析2.1黏聚力影响分析由于该项目高填方路堤最大高度达到了58.3m,必须对高填方路堤稳定性进行分析,本文主要是对高填方路堤稳定性影响因素进行分析。根据强度折减法原理 5,利用有限元计算模型对高填方路堤安全系数进行计算,分析各类因素对路堤稳定性的影响。按照设计资料,根据土基的计算参数,路堤填料采用碎石土,重度为2 0.6 kN/m,黏聚力为19 kPa,内摩擦角为28.8,计算不同黏聚力对应的路堤安全系数F,绘制变化曲线如图3所示,0.860.840.820.800.780.760.740.72,20304050010黏聚力/kPa图3不同黏
10、聚力路堤安全系数变化曲线分析图3曲线得出,随路堤填料黏聚力提高,路堤安全系数不断提高,路堤整体稳定性也不断提高。当黏聚力较小时,随黏聚力增加路堤安全系数增幅较大,而当黏聚力达到5kPa以上时路堤安全系数增幅不断下降。因此,为了提高路堤的稳定性,不宜选择黏聚力较小的松散材料,如砂土,应选用具有一定黏聚力的黏性材料,或选用按比例掺人黏性土的无黏性材料。2.2内摩擦角影响分析同样按照上述土基计算参数,路堤填料黏聚力选择2 0 kPa,在设计工况下计算不同内摩擦角所对应路堤安全系数F,绘制变化曲线如图4所示1.0r0.80.60.4F0.2001020304050内摩擦角/图4不同内摩擦角路堤安全系数
11、变化曲线分析图4曲线得出,随路堤填料内摩擦角提高,路堤安全系数不断提高,说明路堤整体稳定性随内摩擦角提高而提升。在内摩擦角从0 增加到2 0 区间,路堤安全系数提高幅度较大,而到内摩擦超过2 0 以后,路堤安全系数提高幅度逐步下降。因此,在高填方路堤施工过程中,不应选择内摩擦角较小的路堤填料,如黏性土,如采用黏性土,应适当加人砂土材料,以提高填料的内摩擦角,进而提升高填方路堤的稳定性。该项目路堤碎石土填料内摩擦角为2 8.8,所对应的路堤安全系数较高,满足施工要求。2.3填料弹性模量影响分析路堤填料黏聚力选择2 0 kPa,内摩擦角选择2 8.8,在设计工况下计算不同弹性模量所对应路堤安全系数
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