山區(qū)土石混填挖填路基研究進(jìn)展

(岳陽市公路橋梁基建總公司 湖南 岳陽 414021)

隨著西部大開發(fā)的進(jìn)一步推進(jìn)，越來越多的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向西南山區(qū)延伸，在這些山區(qū)、丘陵地帶進(jìn)行大規(guī)模工程建設(shè)，不可避免依山傍水展開，其地勢(shì)起伏較大，地質(zhì)條件亦非常復(fù)雜，為滿足工程設(shè)計(jì)及施工條件的要求，往往采用深挖高填，形成挖填結(jié)構(gòu)形式，事實(shí)上，土石混填挖填路基已逐步應(yīng)用于我國西南山區(qū)工程建設(shè)之中，尤其是公路工程領(lǐng)域，下面就我國目前土石混填路基的研究現(xiàn)狀展開分析。

一、土石混填體力學(xué)特性研究

Richefeu V(2006)等[1]對(duì)土石混填體壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究，Jalili J(2012)等[2]利用試驗(yàn)方法對(duì)土石混填體開展研究，初步掌握土石混填體含石量、干密度等指標(biāo)與抗剪強(qiáng)度間的關(guān)系，并獲得了一些典型的剪切應(yīng)力-剪切位移間的關(guān)系曲線，但是上述研究均是針對(duì)常規(guī)應(yīng)力條件下特定含石量、級(jí)配、巖石類別的土石混填體力學(xué)性能試驗(yàn)。為此，王江營(2016)等[3]展開了進(jìn)一步試驗(yàn)研究，考慮應(yīng)力路徑對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響，深化了對(duì)土石混填體力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)。然而，由于土石混填挖填路基結(jié)構(gòu)特殊，施工過程對(duì)填筑體是一個(gè)卸載、加載及重型碾壓加載的復(fù)雜受力過程，因此，有關(guān)研究成果并不適用于承受復(fù)雜應(yīng)力過程的山區(qū)土石混填體及其挖填路基，關(guān)于挖填路基中土石混填體力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律還需進(jìn)一步研究。

二、土石混填挖填路基模型試驗(yàn)研究

周志剛等(2002)[4]通過數(shù)值分析方法，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證明土工格柵可改善挖填路基沉降的非均勻性，并對(duì)加筋土材料建議了設(shè)計(jì)方法；鄧衛(wèi)東等(2004)[5]利用有限元方法就路基不均勻沉降對(duì)瀝青路面受力變形的影響展開了研究；苗英豪等(2005)[6]通過有限元分析方法對(duì)路基填挖交界處路面的裂縫進(jìn)行了分析；蘇永華等(2012)[7]借助有限元分析方法對(duì)挖填路基邊坡穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行了研究，以上研究主要集中于通過數(shù)值模擬方法就挖填路基展開研究。在此基礎(chǔ)上，馬強(qiáng)等(2013)[8]利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)挖填交界區(qū)格柵加筋工作機(jī)制進(jìn)行了研究。由目前研究現(xiàn)狀可知，有關(guān)挖填路基存在試驗(yàn)研究不足，已有模型試驗(yàn)側(cè)重于加筋土領(lǐng)域，接下來仍需探討挖填路基在不同荷載及不同壓實(shí)度下承載變形機(jī)理及失效破壞模式，為土石混填挖填路基的承載力計(jì)算方法研究奠定基礎(chǔ)。

三、土石混填挖填路基沉降變形研究

由于土石混填體自身物理力學(xué)性能的復(fù)雜性及挖填路基結(jié)構(gòu)的特殊性，致使其挖填路基的沉降變形及承載力分析方法仍需繼續(xù)深入研究，就沉降機(jī)理而言，董云(2007)[9]利用模型試驗(yàn)對(duì)土石混填路基土壓力分布規(guī)律及沉降變形特性進(jìn)行了初步研究，獲得了一些有益結(jié)論，但是不同類別填筑體沉降變形規(guī)律存在顯著差異，其變形機(jī)理至今未形成統(tǒng)一共識(shí)。而對(duì)于路基沉降求解方法，目前被工程界普遍認(rèn)可的是基于靜載或壓縮試驗(yàn)的分層總和法及各種改進(jìn)方法，但在缺乏試驗(yàn)資料時(shí)該方法應(yīng)用價(jià)值會(huì)受影響。于是，基于路基填料本構(gòu)模型的分層總和法便應(yīng)運(yùn)而生，但其準(zhǔn)確計(jì)算的關(guān)鍵在于本構(gòu)模型的合理選取。何思鳴(2003)[10]基于彈塑性理論提出修正的分層總和法，該方法能考慮彈塑性變形及三向應(yīng)力影響，劉新榮等(2010)[11]針對(duì)土石混合體填筑路堤工后沉降的非線性蠕變特性，提出一種考慮填料非線性黏彈性的蠕變模型，并利用該模型對(duì)路堤沉降進(jìn)行了計(jì)算，高成雷等(2014)[12]利用線性蠕變模型對(duì)土石混填體沉降變形展開了研究，但以上研究均難以反映隨荷載改變的變形強(qiáng)度參數(shù)對(duì)沉降的影響。因此，需結(jié)合土石混填挖填路基的結(jié)構(gòu)及建造特性，在對(duì)路基變形力學(xué)參數(shù)影響規(guī)律進(jìn)行研究的基礎(chǔ)之上，結(jié)合非線性流變本構(gòu)模型，構(gòu)建更加合理的沉降計(jì)算方法。

四、土石混填挖填路基承載力計(jì)算研究

對(duì)于挖填路基承載力的計(jì)算，從某種意義上而言，山區(qū)挖填路基是一種斜坡路基，如何確定此種情況下路基的承載力，現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范仍無明確計(jì)算方法。而極限分析理論以其獨(dú)特的優(yōu)越性已逐步成為路基承載力分析中最常用的方法之一，并已取得理想的效果，這亦為土石混填挖填路基承載力研究提供了良好研究思路。Georgiadis K(2010)[13]等利用極限分析方法對(duì)邊坡的極限承載力進(jìn)行了研究，利用該方法求解路基極限承載力問題的關(guān)鍵在于構(gòu)造合適的破壞模式，而關(guān)于土石混填挖填路基的破壞模式，目前鮮見相關(guān)的研究成果，因此建立出合理高效的土石混填挖填路基承載力計(jì)算方法十分必要。

目前道路設(shè)計(jì)與施工規(guī)范中，如《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30-2015)及《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F10-2006)，(JTG D30-2015)第3.5條只對(duì)填挖交接處理進(jìn)行了簡單的說明，(JTG F10-2006)第4章只對(duì)一般路堤及挖方路基施工進(jìn)行介紹。因此，土石混填挖填路基還有待利用模型試驗(yàn)、理論分析及模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)以上問題進(jìn)行深入探討，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建起合理高效的計(jì)算方法，為今后類似工程建設(shè)提供指導(dǎo)。