人工高筑填路堤穩(wěn)定性分析與計(jì)算

任紅珠

路堤穩(wěn)定性分析包括路堤和地基的整體穩(wěn)定性、路堤的堤身穩(wěn)定性、路堤沿斜坡地基或軟弱層帶滑動的穩(wěn)定性等內(nèi)容[1]。如果在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時這三個方面的穩(wěn)定有任一方面不能滿足時，則路堤都是不穩(wěn)定的。

工程區(qū)工程地質(zhì)條件：工程場地內(nèi)無軟弱層帶，并且由于該區(qū)邊坡沿北東至南西方向基巖面較緩，基巖面傾角5?～10?，原地形順溝谷方向也較平緩，地形坡角為5?～10?，故未來高筑填路堤邊坡形成后，邊坡不會沿基巖面或原地面滑移。所以在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時，只需考慮路堤和地基的整體穩(wěn)定性、路堤的堤身穩(wěn)定性兩種情況。

1.1計(jì)算方法

按照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，路堤和地基的整體穩(wěn)定性、路堤的堤身穩(wěn)定性評價宜采用簡化Bishop法。

1.2安全系數(shù)

在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算中，路堤的穩(wěn)定性是以避免路堤滑動坍塌等可能性的安全度指標(biāo)來度量，通常用安全系數(shù)來表示。結(jié)合本工程實(shí)際情況，按照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，路堤的堤身穩(wěn)定性按照簡化Bishop法計(jì)算安全系數(shù)應(yīng)取為1.35，路堤和地基的整體穩(wěn)定性按照簡化Bishop法計(jì)算安全系數(shù)取為1.45。

1.3穩(wěn)定性計(jì)算

本文所研究的人工筑填特高路堤，是在斜坡基巖體上填筑而成的，填筑體材料為碎石土。在公路土分類中，碎石土實(shí)質(zhì)上是屬于巨粒土類范疇，系指在路基施工過程中，不能做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)和灌砂法測定壓實(shí)后的密實(shí)度，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)控制不了施工質(zhì)量的碎石類土，施工時常稱為碎石土。由于碎石土的壓縮性小且排水邊界條件好，其變形在施工期內(nèi)完成，可以自行修補(bǔ)，固結(jié)變形值很小，故不會因固結(jié)變形引起路基的穩(wěn)定問題[2]。

1、物理力學(xué)參數(shù)

考慮到填筑體與基巖體的實(shí)際因素，結(jié)合鄰近工點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)值，在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算中，其物理力學(xué)參數(shù)具體取值情況如表1.3.1所示。

2、場地水文條件

該工程場地為三峽庫區(qū)，地下水主要為強(qiáng)、弱風(fēng)化巖層中的孔隙-裂隙水，受大氣降水補(bǔ)給，向當(dāng)?shù)販瞎扰判?，水量較為貧乏。由于該路堤與長江毗鄰，受三峽水庫蓄水影響，在6～9月，水庫蓄水控制在防洪限制水位145m，11～3月則蓄至高程175m。

3、地震荷載

在考慮由地震荷載對穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響時，根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001），該區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度區(qū)，地震動峰值加速度為0.05g；地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評價時不考慮地震動荷載的影響。

4、汽車荷載[3]

在進(jìn)行汽車荷載的換算時，我們采用將汽車荷載折算為相當(dāng)于土層厚度的靜荷載。具體折算過程中，在對汽車荷載的換算時，按照最不利的情況排列，采用與設(shè)計(jì)車適應(yīng)的加重車進(jìn)行布置；結(jié)合填土的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行汽車荷載與土層厚度的換算，將汽車荷載換算為靜荷載。

5、計(jì)算斷面的選取

在進(jìn)行路堤的穩(wěn)定性計(jì)算時，計(jì)算剖面選擇圖1.3.1。

圖1.3.1 穩(wěn)定性計(jì)算剖面圖（單位：m）

1.4計(jì)算結(jié)果及分析

本文對路堤的穩(wěn)定性計(jì)算，采用理正計(jì)算軟件，選用規(guī)范推薦的簡化Bishop法，并且自動搜索最危險(xiǎn)滑面。由于路堤填土為均質(zhì)土，并且基巖內(nèi)無軟弱夾層，所以本次計(jì)算滑面形態(tài)選用圓弧滑面進(jìn)行計(jì)算。

在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時，工況的選擇分三種，一為天然狀態(tài)，二為水位抬升至高程175m時的靜水作用狀態(tài)，三為水位由高程175m驟降至正常水位狀態(tài)。

1、路堤和地基的整體穩(wěn)定性

在用理正工程軟件進(jìn)行計(jì)算時，路堤和地基的整體穩(wěn)定性滑動面是按照自動搜索最危險(xiǎn)滑面進(jìn)行，滑面形態(tài)為圓弧滑面。穩(wěn)定性計(jì)算的物理力學(xué)參數(shù)見表1.3.1，在計(jì)算工況為蓄水狀態(tài)時，水位以下介質(zhì)的物理力學(xué)參數(shù)選用飽和參數(shù)，軟件可以自動換算為浮容重，水位以上部分選用天然參數(shù)。計(jì)算結(jié)果最危險(xiǎn)滑面形態(tài)如圖1.4、1.5、1.6所示。

圖1.4 天然狀態(tài)路堤與地基整體圓弧滑動面計(jì)算結(jié)果圖示圖 1.5 庫水位為高程175m狀態(tài)路堤與堤身整體圓弧滑動面計(jì)算結(jié)果圖示

圖1.6 水位驟降狀態(tài)路堤與堤身整體圓弧滑動面計(jì)算結(jié)果圖示 圖1.7 天然狀態(tài)堤身圓弧滑動面計(jì)算結(jié)果圖示

通過對路堤和地基整體穩(wěn)定性的計(jì)算可以得到，在沒有水的作用下，即天然狀態(tài)其穩(wěn)定性較好，穩(wěn)定系數(shù)為1.305；庫水位抬升至高程175m時其穩(wěn)定性較差，穩(wěn)定系數(shù)為1.062；水位由高程175m驟降至正常水位狀態(tài)時的穩(wěn)定系數(shù)為0.601，表明水位驟降時其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行工程治理。

2、路堤的堤身穩(wěn)定性

路堤的堤身穩(wěn)定性的計(jì)算方法與路堤和地基的整體穩(wěn)定性相同。工況也是分為三種情況。在進(jìn)行路堤的堤身穩(wěn)定性計(jì)算時，只輸入路堤的參數(shù)，理正計(jì)算軟件就會在邊界上以相同的參數(shù)向周邊延伸，這樣可以避免因路堤的懸空而造成的計(jì)算結(jié)果誤差。路堤的物理力學(xué)參數(shù)見表1.3.1。計(jì)算結(jié)果圖示可見圖1.7、1.8、1.9。

圖1.8 水位為高程175m狀態(tài)堤身圓弧滑動面計(jì)算結(jié)果圖示圖 1.9 水位驟降狀態(tài)堤身圓弧滑動面計(jì)算結(jié)果圖示

計(jì)算結(jié)果顯示，天然狀態(tài)下，在沒有水的作用時，計(jì)算得到路堤穩(wěn)定系數(shù)為1.305；庫水位在高程175m時在靜水作用下其穩(wěn)定系數(shù)為1.062；當(dāng)水位驟降至正常水位時，穩(wěn)定系數(shù)為0.601。

將圖1.4與1.7、圖1.5與1.8、圖1.6與1.9進(jìn)行對比不難看出。由理正計(jì)算軟件搜索出的路堤與地基整體穩(wěn)定性的滑面和路堤堤身穩(wěn)定性的滑面無論是天然狀態(tài)、庫水位為高程175m靜水作用狀態(tài)還是水位驟降狀態(tài)都完全相同；并且由計(jì)算結(jié)果可知，其相應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)也完全一樣。

1.5本章小結(jié)

依據(jù)規(guī)范要求，本章對擬建路堤進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，由于路堤沿斜坡地基的穩(wěn)定性不需要驗(yàn)算，所以本文對路堤的穩(wěn)定性驗(yàn)算分兩部分，即路堤和地基的整體穩(wěn)定性、路堤的堤身穩(wěn)定性，通過計(jì)算，主要得出以下結(jié)論：

1、路堤和地基的整體穩(wěn)定性，路堤的堤身穩(wěn)定性，通過計(jì)算得到相同的結(jié)果：在天然狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)均為1.305，表明其穩(wěn)定狀態(tài)良好；在靜水作用下水位為高程175m時，穩(wěn)定系數(shù)為1.062，穩(wěn)定狀態(tài)較差；當(dāng)水位驟降至正常水位時，穩(wěn)定系數(shù)為0.601，表明其在水位驟降時處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要采用工程措施進(jìn)行治理。

2、通過對路堤和地基的整體穩(wěn)定性及路堤的堤身穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果可知，其滑面形態(tài)、位置以及安全系數(shù)在天然狀態(tài)和靜水狀態(tài)及水位驟降狀態(tài)均完全相同，由于計(jì)算選用自動搜索最危險(xiǎn)滑面，并且由滑面的位置可以看出，最危險(xiǎn)滑面在路堤堤身內(nèi)部，所以，其穩(wěn)定性主要由路堤的堤身穩(wěn)定性起控制作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015） 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 2015

[2] 湖南交通科技，徐建軍，王桂堯，碎石土在公路建設(shè)中的應(yīng)用[J]， 2006年12月 Vo1.32 No.4

[3] 金效儀等，路基路面工程，人民交通出版社[M]，1987：32-33