高烈度地震区浸水路基变形特征分析及防护措施研究

论文摘要

由于工程建设的需要,特别是在西部山区,沿河流、水库修建的高速公路越来越多,沿河流及水库修建的高速公路路基既是承载体又是人造库岸。路基稳定性必然会影响公路的使用质量、修复难度,及公路后期维护工程。水是危害路基强度和变形的最重要因素,受水浸淹路基在水流冲击、掏蚀及水对路基填土的软化、水位升降等作用下,易造成路基水毁、坡脚掏空、使路基内细粒填料流失而导致路基变形破坏、边坡坍塌,影响行车安全甚至中断交通,造成生命财产损失。我国是一个多地震的国家,而且地形地质条件复杂,三分之二的国土为山地,特别是西部地区,地形变化大,地质构造复杂。因此,在这一地区开展的工程建设活动中,不得不考虑水和地震的影响,及做必要的防护措施。本文以雅泸高速公路瀑布沟库区浸水路基为研究对象,通过对研究区的工程地质条件进行研究,为研究提供地质背景,并通过现场调查、室内试验等方式确定研究区路基的填石材料的物理力学特性,在此基础上通过数值模拟及极限平衡方法等方法对浸水路基的变形特征及防护措施等问题进行研究,取得了以下成果:1、对填方路基的典型横断面进行了二维有限元分析,结果表明:在天然状态下,路基路面的沉降变形随着填石密实度的增加而相对的变大,这是由于下覆土层弹性模量较低,随着上覆路基填石的密实度增加,填石的弹性模量增加,路基填石的沉降变形在减小,而有效应力的增加,致使下覆土层的压缩变形增大,由于土层的压缩变形大于路基填石的变形减小量,所以总体呈变形相对增大。路基的水平位移随着填石密实度的增加水平位移量在相对的增大,这是由于随着上覆路基填石密实度的增加,填石的重度在增大,填石的水平荷载值也在增加,因此变形量也增大。但水位上升后,在水的浮托力作用下,有效重度降低,水平方向的荷载减小,在同一密实度的情况下,水平位移量会相对的减小。2、对填方路基的典型横断面在地震作用下进行了二维离散元分析,结果表明:在各种工况下,路基在地震作用下都将发生失稳破坏,而且水对路基强度参数的软化作用明显,在水位上升后路基的稳定性系数大幅下降;并且随着压实度的增大,路基发生破坏的范围变小。3、通过极限平衡法对各种工况下的分析可得,在天然状态下,路基的整体及局部稳定性较好;水位上升后,路基的整体稳定性有所下降,但是各种压实度下的安全系数仍能满足要求。水位线将路基边坡分为上下两部分,上部分边坡在水位线以上,因此其局部稳定性并未发生变化。而下部边坡水位上升后,由于水对抗剪强度参数的软化作用,及有效重度减小,使得安全系数略有下降,但是路堤边坡仍有足够的安全储备维持稳定。在地震作用下,边坡整体及局部稳定性急剧下降,各种压实度下的路基边坡都发生失稳破坏,因此需对边坡整体采取相应的加固措施,以防止其在地震作用下发生整体垮塌。4、通过极限平衡及有限元法对不同设计方案进行了对比分析,结果表明:随着设计坡比的增加,填筑路基的整体稳定性随之下将,但降幅不大。三级坡坡比的变化在天然河水位下只对路基的局部变形发生影响,而二级坡坡比的变化则会对整个路基的变形发生影响。但随着水位的上升,路基的变形对各级边坡坡比的变化变得更加敏感。5、通过浸水路基的振动物理模拟试验,由实验结果可知,水在地震过程中起着重要的作用。无水条件下,地震导致的边坡破坏最先发生在边坡内侧,随着振动的持续边坡外侧也将发展为破坏区。而水位上什后,地震导致的边坡破坏最先发生在边坡外侧,由振动产生的水浪对边坡的冲刷、掏蚀作用非常强烈。6、对国内外众多涉及浸水路基的稳定性问题的防护技术进行分类研究,并对其在防治工程应用中的可行性进行比较,最终选定的防护措施是浆砌片石护坡+加筋土+监测的综合治理方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 浸水路基的研究现状
• 1.2.2 高烈度地震区路基的研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区工程地质条件
• 2.1 地形地貌
• 2.2 地层岩性
• 2.2.1 第四系全新统人工填筑土层
• 2.2.2 第四系全新统冲洪积层
• 2.2.3 三叠系白果湾组
• 2.3 地质构造
• 2.4 水文地质条件
• 2.4.1 水文条件
• 2.4.2 水文地质条件
• 2.5 地震条件
• 2.6 不良地质现象
• 第3章 填石材料的物理力学特性
• 3.1 路基土的分类与填石路堤
• 3.2 填石材料的物理状态
• 3.3 填石材料的级配
• 3.4 填石材料的非均匀性、非连续性
• 3.5 填石材料的密度
• 3.6 填石材料的强度特性
• 3.6.1 天然样的三轴试验分析
• 3.6.2 饱水样的三轴试验分析
• 第4章 浸水路基变形特征分析
• 4.1 浸水路基的数值计算分析
• 4.1.1 浸水路基二维有限元分析
• 4.1.2 浸水路基二维离散元分析
• 4.2 浸水路基的极限平衡分析
• 4.2.1 计算方法及技术工况
• 4.2.2 计算剖面建立及参数选取
• 4.2.3 计算结果分析
• 4.3 不同填石路堤设计方案的对比分析
• 第5章 浸水路基的振动物理模拟试验
• 5.1 试验原理
• 5.2 模型材料及模型尺寸
• 5.3 试验装置及边界条件处理
• 5.4 试验步骤
• 5.5 试验结果及分析
• 第6章 浸水路基的防治措施研究
• 6.1 传统的浸水路基防护技术研究
• 6.1.1 干砌石在防治工程中的应用
• 6.1.2 浆砌石在防治工程中的应用
• 6.1.3 挡土墙在防治工程中的应用
• 6.1.4 格构锚固在防治工程中的应用
• 6.2 土工材料在防治工程中应用研究
• 6.2.1 土工织物在防治工程中的应用
• 6.2.2 土工格栅在防治工程中的应用
• 6.2.3 土工网垫和土工格室在防治工程中的应用
• 6.3 天然材料在防治工程中应用研究
• 6.3.1 园木面板石笼在防治工程中的应用
• 6.3.2 格宾网垫在防治工程中的应用
• 6.4 塌岸防治工程应用可行性比较
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果