海南島花崗巖殘積土填筑路堤臨界高度數(shù)值模擬★

熊 崢

(海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南 ?？?570206)

0 引言

路堤填筑高度決定路堤對(duì)地基施加附加應(yīng)力的大小，路堤高度越大，地基承受的應(yīng)力越大，地基沉降量越大。同時(shí)，隨著路堤填筑高度的增加，路堤自身壓縮層厚度增大，造成的路堤自身沉降量就越大，因此，路堤填筑高度是影響路基沉降的主要原因之一。

花崗巖殘積土中保留了較多的石英顆粒，因此，其抗剪強(qiáng)度參數(shù)兼具一般黏性土和砂土的性質(zhì)。本文基于海南省萬(wàn)寧至洋浦高速公路花崗巖殘積土的物理力學(xué)特征，采用數(shù)值模擬方法計(jì)算路堤填筑臨界高度，并將結(jié)果用于設(shè)計(jì)中。

1 計(jì)算模型

公路路基沉降主要由兩部分組成：地基在自重應(yīng)力及附加應(yīng)力作用下的固結(jié)壓縮變形；路基本身在自重應(yīng)力作用下的壓縮變形。路基頂面工后沉降為地基固結(jié)變形與路基自身壓縮變形之和，本文采用有限差分方法模擬計(jì)算路基頂面最終沉降量，模型假設(shè)如下:

1)按平面應(yīng)變問(wèn)題考慮進(jìn)行二維有限元分析；

2)地基土及路堤填土為彈塑性材料，土體本構(gòu)模型采用彈性模型模擬；

3)地基與路堤接觸面完全連續(xù)且不發(fā)生滑移；

4)路堤荷載為一次性施加，不考慮固結(jié)沉降時(shí)間，只計(jì)算路基頂面最終沉降量。

根據(jù)地勘成果，總共176組數(shù)據(jù)，該地區(qū)花崗巖基巖埋深平均值為14.94 m，標(biāo)準(zhǔn)差7.95 m，變異系數(shù)0.53，標(biāo)準(zhǔn)值16.70 m。

高速公路路基寬度26 m，邊坡坡度1∶1.5，地基計(jì)算深度50 m，路基計(jì)算寬度200 m。路堤采用花崗巖殘積土填筑，根據(jù)地勘成果，路基分為二層，0 m～17 m為花崗巖殘積土，以下為花崗巖基巖，模型具有對(duì)稱(chēng)性，采用1/2模型進(jìn)行分析，見(jiàn)圖1。

2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用如表1所示的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬。

表1 花崗巖殘積土路堤沉降計(jì)算相關(guān)參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果

分別對(duì)不同路堤填筑高度(0 m～10 m)進(jìn)行計(jì)算，路基頂面中心最終沉降量結(jié)果如表2及圖2所示。

表2 花崗巖殘積土路堤沉降計(jì)算結(jié)果

4 路堤填筑臨界高度

我國(guó)路基設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)路基變形控制是采用工后總沉降量，一般路段的容許工后沉降如表3所示。

表3 容許工后沉降 cm

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，海南島花崗巖地區(qū)，一般路段路堤填筑臨界高度如表4及圖3所示。

表4 海南島花崗巖殘積土路堤填筑臨界高度 m

5 路堤邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，分別計(jì)算10 m高路堤(坡率1∶1.5)安全系數(shù)，結(jié)果如表5所示，滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)。

表5 路堤邊坡安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由此可見(jiàn)，路堤邊坡穩(wěn)定性所控制的路堤填筑高度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沉降量所控制的路堤填筑高度。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以得出以下結(jié)論：

1)海南島花崗巖殘積土的路堤臨界填筑高度由沉降量控制。

2)當(dāng)各類(lèi)型路基填筑高度大于臨界填筑高度時(shí)，應(yīng)采取基底措施處理，避免沉降量過(guò)大造成路面損壞或橋頭跳車(chē)現(xiàn)象。

[1] JTG D30—2014,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 吳立堅(jiān)，鄭甲佳，鄧 捷.高液限土路基的沉降變形規(guī)律[J].巖土力學(xué)，2013(S2):180-181.