高速公路砂泥巖順層邊坡組合抗滑體系協(xié)調(diào)效應(yīng)研究.pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái)，路基邊坡的綜合防護(hù)一直是高速公路修筑中的一個(gè)常見(jiàn)課題。伴隨我國(guó)鐵路、公路、庫(kù)區(qū)或場(chǎng)地等工程的建設(shè)和發(fā)展，涉及了大量的路基邊坡工程防護(hù)技術(shù)問(wèn)題，其中以大型順層巖石路塹高邊坡防護(hù)問(wèn)題為主要難點(diǎn)。當(dāng)前對(duì)于斜交型邊坡極限角度的范圍尚未完善;而錨素、框架梁及抗滑樁作為治理順層邊坡的主要加固措施，雖然已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但是對(duì)于三者之間相互的協(xié)調(diào)作用尚缺乏系統(tǒng)研究。因此，本文以重慶涪（陵）豐（都）石（柱）高速公路建設(shè)項(xiàng)目的典型路段為例，

2、首先采用三維數(shù)值模擬手段建立斜交邊坡模型（斜交邊坡模型），利用SRM法分析驗(yàn)證了斜交型邊坡沿順層滑移的極限角度;并基于此結(jié)果判定K27邊坡的失穩(wěn)機(jī)理，構(gòu)建了錨框樁組合抗滑體系加固K27順層邊坡三種條件下的有限元數(shù)值模型(K27順層邊坡模型)，通過(guò)分析數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)錨框樁組合抗滑體系治理K27邊坡進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)。總結(jié)組合抗滑體系協(xié)調(diào)效應(yīng)規(guī)律，提出動(dòng)荷載作用下，錨樁內(nèi)力的合理協(xié)調(diào)區(qū)間概念，提供評(píng)價(jià)動(dòng)荷載邊坡穩(wěn)定性的另一

3、指標(biāo)以及動(dòng)荷載邊坡控制的新方法。主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)基于斜交邊坡模型模擬巖層層面與邊坡坡面夾角對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響，得出斜交邊坡沿順層滑移的極限角度為30°。通過(guò)三維數(shù)值模擬計(jì)算，得出當(dāng)巖層層面與邊坡坡面夾角為30°時(shí)，水平位移和安全系數(shù)出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)，表明巖層層面與邊坡坡面夾角小于30°時(shí)，巖層層面與邊坡坡面夾角對(duì)穩(wěn)定性影響較大，此時(shí)邊坡的破壞方式主要以順層滑移為主。即斜交邊坡沿順層滑移的極限角為30°。

4、r>　　(2)針對(duì)大型順層中緩傾順層巖質(zhì)高邊坡，結(jié)合“邊開(kāi)挖邊支護(hù)”的施工方式，本文在典型的滑移-拉裂式順層破壞的基礎(chǔ)上，提出多級(jí)拉裂式順層滑移破壞模式。該種破壞模式在描述大型順層中緩傾邊坡的變形形態(tài)上更加貼切。
　　(3)建立了順層巖質(zhì)邊坡的數(shù)學(xué)力學(xué)模型，并基于此力學(xué)模型，構(gòu)建了錨框樁組合抗滑體系加固K27邊坡的三種條件下的有限元數(shù)值模型，分析了組合抗滑體系的協(xié)調(diào)效應(yīng)規(guī)律，即該體系下，預(yù)應(yīng)力錨索的下滑力分擔(dān)值越大，抗滑樁的下滑力

5、分擔(dān)值就越小;相反的，預(yù)應(yīng)力錨索的下滑力分擔(dān)值越小，抗滑樁的下滑力分擔(dān)值就協(xié)調(diào)大一些。通過(guò)相互的協(xié)調(diào)作用，在整個(gè)組合體系上表現(xiàn)出更高效的抵抗邊坡下滑力的特征。
　　(4)基于對(duì)K27滑坡形成機(jī)制的分析，在傳統(tǒng)的滑移-拉裂順層破壞的基礎(chǔ)上，提出多級(jí)拉裂式順層滑移破壞模式。這種多級(jí)別拉裂順層滑移破壞模式在描述大型順層中緩傾邊坡的變形機(jī)制上更加貼切。并對(duì)K27滑坡推力進(jìn)行了驗(yàn)算，自然工況下邊坡的安全系數(shù)為1.07，暴雨工況下邊坡的安全系

6、數(shù)為0.94，屬于不穩(wěn)定邊坡，需要進(jìn)行抗滑治理。
　　(5)基于對(duì)K27巖石順層路塹高邊坡的調(diào)研，綜合滑坡的形成機(jī)制分析，單一的治理方法已經(jīng)不能完全滿足治理要求。最終建立錨框樁組合抗滑體系對(duì)K27邊坡進(jìn)行整治。經(jīng)3D數(shù)值模擬SRM法計(jì)算，在錨框樁組合抗滑體系作用下，K27緩傾順層路塹邊坡自然工況邊坡的安全系數(shù)達(dá)到了1.74，屬穩(wěn)定邊坡。
　　(6)考慮坡頂正弦車(chē)載作用下，順層邊坡錨樁抗滑體系的協(xié)調(diào)機(jī)制。K27邊坡坡項(xiàng)改建道路

7、的存在，是邊坡抗滑設(shè)計(jì)的又一難題。通過(guò)模擬了坡頂正弦波車(chē)輛荷載作用下，邊坡的自由振動(dòng)分析和時(shí)程分析得出結(jié)論:坡頂動(dòng)荷載作用下，錨樁組合抗滑結(jié)構(gòu)各自對(duì)下滑力的承擔(dān)可以相互協(xié)調(diào);錨樁組合抗滑體系對(duì)動(dòng)荷載的響應(yīng)敏感度并不一致，這主要與荷載的作用位置和大小有關(guān);提出了動(dòng)荷載作用下，錨樁組合結(jié)構(gòu)的合理協(xié)調(diào)區(qū)間概念。經(jīng)計(jì)算，錨索的合理協(xié)調(diào)區(qū)間為[95.62，173.69];樁的合理協(xié)調(diào)區(qū)間為[197.46，286.05]。結(jié)合邊坡現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，錨

8、索內(nèi)力115.92kN以及抗滑樁內(nèi)力225.64kN均在各自的合理協(xié)調(diào)區(qū)間范圍內(nèi)，邊坡在正弦車(chē)輛荷載作用下，處于穩(wěn)定狀態(tài)。以此評(píng)價(jià)動(dòng)荷載邊坡的穩(wěn)定性以及邊坡動(dòng)荷載控制的新方法。
　　(7)基于錨框樁組合抗滑體系加固K27邊坡暴雨入滲工況的數(shù)值模擬，得出邊坡在暴雨滲流條件下最終的安全系數(shù)為1.49，治理效果良好，滿足規(guī)范要求。
　　(8)基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，錨索作用在邊坡滑動(dòng)方向上每延米的力為115.92kN/m，抗滑樁

9、作用在邊坡滑動(dòng)方向上每延米的力為225.64kN/m，可知下滑力由錨索和抗滑樁共同作用承擔(dān)，錨索框架梁體系承擔(dān)下滑力的33.94％，抗滑樁體系承擔(dān)下滑力的66.06％。均在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，屬于穩(wěn)定邊坡，治理效果良好。
　　(9)基于正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，從治理措施的方法上分析，抗滑樁的抗滑能力大于錨索框架梁;從錨索優(yōu)化設(shè)計(jì)得出，錨索的預(yù)應(yīng)力以及錨固段長(zhǎng)度對(duì)抗滑起主要作用;從抗滑樁優(yōu)化設(shè)計(jì)得出，抗滑樁的樁長(zhǎng)對(duì)抗滑起主要作用。以使K27邊坡