黄土路基沉降预测模型的构建及工程应用.pdf
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1、-77-黄土路基沉降预测模型的构建及工程应用田平华1,刘彦珍2(1.宁夏公路勘察设计院有限责任公司,宁夏 银川 750001;2.宁夏建设职业技术学院,宁夏 银川 750001)摘要:以某省道改建项目为依托工程,采用现场沉降监测及室内土单元试样压缩试验,从土单元变形角度分析了黄土路基的沉降机理,根据黄土路基沉降现场监测结果,得出不同约束条件下黄土路基的沉降规律,然后构建了黄土路基沉降预测模型,并进行了计算验证,结果表明:提出的路基沉降预测模型可以大幅度地提高分层总和法的计算精度,为不同约束条件下黄土路基沉降计算提供参考。关键词:黄土路基;沉降机理;预测模型;约束条件中图分类号:U416.1文献
2、标识码:BConstruction and engineering application of prediction model for loess subgrade settlementTIAN Pinghua1,LIU Yanzhen2(1.Ningxia Highway Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Ningxia Yinchuan 750001 China;2.Ningxia College of Construction,Ningxia Yinchuan 750021 China)Abstract:Relyingontheprojectr
3、elyingonacertainprovincialandhighwayreconstructionproject,on-sitesettlementmonitoringandindoorsoilunitsamplecompressiontest,fromtheperspectiveofthesoilunitdeformation,analyzedthesinkingmechanismoftheloessingbase.Thesedimentationrulesoftheloessroadbase,andthentheforecastmodeloftheLoessRoadfoundations
4、ettlementwasbuilt,andthecalculationverificationwasperformed.Theresultsshowedthattheroad-basedsedimentationpredictionmodelproposedinthisarticlecangreatlyimprovethecalculationaccuracyofthelayeredtotalmethod,andfortheloessingconditionsunderdifferentconstraintconditionsthecalculationoftheroadbaseprovide
5、sareference.Key words:loesssubgrade;settlementmechanism;predictionmodel;constraintcondition引言在黄土高原沟谷区填方路基被多种多样形式的力约束着,约束条件的不同必然造成路基的变形规律也不相同,由于变形所引起的差异性沉降也存在很大的差别,目前采用传统的沉降计算方法已经不能满足当前高精度、高准确性计算沉降量的要求1-2。以某省道改建项目为依托,研究不同约束条件下的黄土路基沉降规律和相关特性,首先通过长时间对典型断面的黄土路基沉降情况的监测与观察,得到路基变形规律与实际数据,然后依据这些信息为基础,建立沉降预测
6、模型,接下来结合室内不同约束条件下黄土的试验数据,深入研究不同部位土单元应力应变状态的变化规律以及对其泊松比的影响程度,最后对黄土路基变形特点进一步归纳总结分析。1 工程概况某省道路线所经区域地貌多属于山西黄土丘陵沟壑,该类地貌具有沟壑多且存在多处交叉、十分复杂的地貌形态等特征,在大自然水流的侵蚀和冲击作用下黄土会被切割,出现黄土梁或黄土峁等形状。本地区除存在狭窄黄土沟壑地理地貌之外,还有多处存在着发育侵蚀河谷地貌状况,此类地貌地形平缓,沟谷宽阔,沟槽深,边坡陡立,因此该类地貌时有出现滑坡和崩塌等地质灾害。勘察区存在的马兰组和离石组风积黄土通过室内试验测出该类土的粉砂含量均在78%以上。试验分
7、析黄土和次生黄土物质成分,根据分析结果可知本区域的黄土有轻微的湿陷性或无湿陷性,因此对路线的选择没有影响。2 黄土路基沉降机理分析同室内侧限压缩试验相比,实际路基土单元所处的应力应变状态有所不同,上部附加应力作用在土单元上,土单元受力会出现侧向变形,由此原因造成的土体变形是引起路基沉降的最主要原因,目收稿日期:2022-09-16作者信息:田平华(1988),男,宁夏中卫人,工程师。田平华,刘彦珍:黄土路基沉降预测模型的构建及工程应用-78-前采用分层总和法计算沉降量时,实际得到的沉降量与理论计算出的沉降量有较大差别,主要原因是室内侧限压缩参数考虑不周全3。半填半挖路基是一侧与山体拼接而另一侧
8、临空的路基形式,见图1。由于经过长期的自然作用紧挨挖方山体的一侧土体拥有强的结构性,基本上不会发生变形,所以在今后其他荷载作用下也基本上不会发生较大的重塑性变形,而临空侧的土体后期经过填筑,另外处于临空面受到的约束力较小,因此后期的沉降量较大4。图 1 半填半挖路基网格划分示意路基顶面原状土填挖交界试验方案:在土单元4、3、5、6位置处施加荷载,通过观察可以发现单元3的侧向变形量最大,它的侧向变形所致使的竖向沉降也最大。由于单元6处于临空面约束小,所以侧向变形由约束大的往约束小的方向传递,传递顺序是单元4向单元6依次进行,最终全部被单元6向临空面全部释放出去。由于原状土比较坚硬,结构也比较稳定
9、,外部作用力向内侧传递时,会受到反向力的作用,此时就会发生隆起。选择土单元1、2、3作为路基土的典型代表,土基在隆起和压缩时存在高差,随着时间和荷载的积累,差量越来越大,从而导致半填半挖路基产生横向差异沉降。单元4位于填挖交界部位,该部位受到的侧向约束力很小,产生的变形也非常小,因此在相同荷载作用下,填挖交接处的沉降量是最小的。由于约束作用的存在,路基填土发生侧向变形时会受到限制,由现场实际情况可知,随着沉降量不断增大,侧向变形逐渐减小,并且约束作用对路基土侧向变形的影响程度同约束距离呈负相关5。不同类型的填方路基沉降值大小有所差异,但其变化规律较一致,沉降量变形呈近似于中心对称的抛物线形式6
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