基于瓦东干渠路基拓宽施工阶段路堤边坡稳定性分析

发布时间：2020-07-30 05:28

【摘要】：随着区域交流和社会经济的快速发展,道路交通运输量迅猛增长,越来越多的道路已经不能满足如今交通量的需求。利用现有老路,将其进行加宽加铺改造已经越来越普遍,对于高路堤加宽改造工程中的边坡稳定性及路基路面沉降一直受到工程界的关注。另外,特别在水域附近的路堤在地下水渗流影响下,路基内含水率相对较大,路堤边坡抗剪强度降低,若在设计和施工过程中加宽路基土采用的材料或施工方式不合适很容易造成边坡整体稳定降低,甚至发生滑坡。本文主要基于合肥市长丰县瓦东干渠沿线机动车道拓宽改造项目,对部分高路堤在加宽施工前后进行边坡稳定性分析。主要考虑在地下水、开挖形式、路面荷载强度、降雨强度、拓宽填筑土材料强度等因素影响下对路堤边坡整体稳定性和新旧路基沉降的改变。本文主要研究工作与成果如下:(1)采用了有限元软件MIDAS GTS NX施工阶段功能分别模拟开挖和加宽施工过程,利用强度折减有限元方法分析了不同阶段中边坡的稳定性,并采用ABAQUS有限元软件对比分析计算。(2)分析了该项目在开挖前地下水、车辆荷载和土体强度对边坡稳定性及破坏模式的影响。对于该项目不对称边坡,开挖前最先在高边坡一侧出现滑动面,地下水和车辆荷载使得边坡安全系数大幅度降低。另外当不断增大边坡每层土体内摩擦角或黏聚力时,边坡滑动带宽度及滑动深度随着每层土体黏聚力的增大而逐渐变大,却随着边坡土体内摩擦角的增大而逐渐减小。(3)在路基开挖中,分别讨论了不同开挖深度和不同开挖坡率下对施工后的边坡稳定性影响。路堤边坡开挖后,开挖荷载对边坡的稳定性影响不大,主要影响边坡稳定性的是开挖后边坡坡率、边坡高度及土体强度。在一定情况下开挖深度越大或者开挖坡率越小则安全系数越高。而开挖后边坡整体稳定性与开挖前相比都有所提高,这主要因为开挖过程其实在给路堤边坡减轻负担。另外发现在路基拓宽后,不同填筑深度或者不同新旧路基衔接坡率下的安全折减系数几乎相等,这也同样验证了该项目边坡安全折减系数主要由施工后边坡坡率、高度、土体强度所决定。对于加宽后的路基分析发现路基最大位移沉降出现在新加宽路基一侧,并且随着加宽填筑面积的增大,路基最大沉降也随着增大。(4)讨论不同强度坡顶车辆荷载和不同强度降雨条件下,路基边坡在加宽后稳定性变化。在不同强度坡顶荷载作用下边坡安全系数随着荷载的增大而逐渐降低,另外随着荷载强度的增大,最先出现塑性区的位置从坡角逐渐向坡顶附近位置转移。考虑地下水与不考虑地下水两种情况下的安全系数差值随着荷载强度的增大逐渐减小。降雨分析中,分别考虑了小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨6种强度降雨条件下边坡的安全性,边坡安全折减系数随降雨强度的增大而逐渐降低,但相邻强度下的安全系数最大相差不到2%。(5)路基加宽中选取的不同强度填筑土材料,对路基边坡整体稳定性有很大影响。边坡安全系数随着加宽土体内摩擦角或黏聚力增大而增大,当增大到一定值时,加宽填筑土内摩擦角和黏聚力对安全系数影响不再明显,所以并不是加宽填筑土强度越高越好。另外随着新旧路基土强度相差越大在强度较低的路基区域产生的滑动带范围就越广,当新加宽路基强度较低时,滑动带几乎全部分布在加宽路基一侧,并且形状不规则。(6)加宽路基土体压缩模量和泊松比对加宽后路基位移沉降有一定的影响,通过不断增大拓宽路基土体的压缩模量或者泊松比,发现最大沉降依然最先出现在加宽路基一侧,并随着坡顶荷载的增大逐渐向老路路基一侧移动,说明坡顶荷载的增大一定程度上改善了路基边坡的整体性。但加宽路基土体压缩模量和泊松比的增大对路基边坡出现最大沉降位置没有任何影响。另外路基沉降随泊松比的变化不是很明显,但总体呈上升趋势。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.1
【图文】：

关系曲线,强度折减系数,关系曲线,破坏模型

安徽建筑大学硕士学位论文插图清单图 1-1 滨水道路 ........................................................................................................................2图 1-2 本文研究路线图..............................................................................................................8图 2-1 Mohr-Coulomb 破坏模型.............................................................................................. 12图 2-2 M-C 在子午面和平面上屈服面................................................................................12图 2-3 简化 Bishop 法边坡计算模型..................................................................................... 14图 2-4 边坡安全系数求解流程图........................................................................................... 16图 3-1 项目所在地理位置图......................................................................................................20

坡率,边坡安全性,路基,开挖形式

安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论定性的影响。分别从开挖深度和挖坡坡率两个方面分别讨论研究，同时考虑有无地下水情况对边坡危险滑动面的改变。（3）路基加宽施工后，首先分析加宽填筑土体深度和新老路基衔接坡率对加宽后路基边坡整体性的影响。分别研究车辆荷载强度和降雨强度两个外部因素对路堤竣工后边坡整体稳定性的影响。再考虑加宽路基回填土强度参数和变形参数等方面对路基竣工后边坡安全折减系数、路基位移沉降及破坏模式的影响。1.3.2 本文研究方法及路线本文采用理论分析和数值模拟分析等方法，利用 MIDAS GTS NX 和ABAQUS 大型有限元软件对路堤在加宽过程中，开挖形式、车载、地下水变化、加宽形式、降雨条件等因素下对路堤边坡安全性影响进行分析。本文研究主要路

破坏模型,屈服面

- 12 -（a）（b）图 2-2 M-C 在子午面和平面上屈服面（a）子午线上 M-C 破坏线（b）平面上的 M-C 破坏面当 =0o时屈服面为正六边形，此时模型与岩层围压无关。 =20o时为不规则的六面形， =90o模型屈服面变成正三角形。2.3 边坡稳定计算方法2.3.1 计算原理在公路工程路堤边坡稳定性分析中，应用的较多的稳定性计算方法有简化Bishop 法和 Janbu 法。另外传统的极限平衡计算方法还有：瑞典条分法、Price 法

【参考文献】