高填陡坡路堤稳定性分析及设计思路初探

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1、高填陡坡路堤稳定性分析及设计思路初探高填陡坡路堤稳定性分析及设计思路初探一林永功(福建省交通规划设计院,福州,350004)摘要本文以龙岩地区某拟建高速公路一处典型高填陡坡路堤为工程实例,就路堤稳定,路堤沿基底斜坡软弱土层滑动的稳定性等方面进行分析,在计算论证的基础上,提出了提高高填陡坡路堤稳定性措施,得出一个较为合理经济的设计思路,为高速公路设计类似工程提供借鉴.关键词高速公路高填陡坡稳定性分析设计思路随着海西高速公路网"三纵八横三环三十三联"建设的-不断推进,海西高速公路网已经逐渐向闽西,北

2、山区重丘所在的市县辐射.受地形条件,路线平纵线形指标及项目经济性等诸多方面的限制,山区高速公路路基不可避免出现高填,陡坡路堤.目前龙岩地区某拟建高速公路存在多处高填,陡坡路堤段落,这些路段路堤的稳定,路堤沿路基基底斜坡或软弱土层滑动的稳定性乃至"桥改路"方案实施的可行性,均可能影响到局部路线方案甚至整体方案的合理性.因此,总结以往的类似高填,陡坡路堤的断面,填料,结构尺寸等设计的经验,寻求判定稳定性的定性分析,合理经济的定量设计思路是非常有必要的.并为类似高速公路工程提供借鉴.1工程概况受地形条

3、件限制,拟分析路段采用高填路基穿越,该段路堤长约80m.位于山坡坡脚处.路堤中心填高仅约5.3m,但山坡较为陡峭,导致下边坡高达47m.此外路基坡脚外侧56m有一河流.按照阶梯式断面,边坡坡率自上而下分别为:1:1.5,1:1.75,1:2.0,其下均为1:2.0,路基共6阶.该路段典型断面型式见图1.原地面线大体可分为三个坡率段,分别约为IE1该路段典型高填路堤断面及土层参数(单位:m)1:1.17,1:3.25,1:6.28,须进行路堤稳定性检算.根据初勘地质资料,揭示该山坡自上而下依次分布

4、:表层厚1~1.5m坡积粉质粘土,1.5"--2.Om残积粘性土,下卧全风化钙质粉砂岩,碎块状钙质粉砂岩至中风化岩.地下水主要为赋存于第四系冲洪积层孔隙潜水,富水性弱,接受大气降水补给,随季节变化大,地下水主要接受大气降水补给,顺坡向地势低的方向排泄.各土层岩土物理力学性质指标推荐值见表1.表1岩土物理力学性质指标推荐值福建交通科技2011年第4期田2高填陡坡路堤稳定性分析针对路堤边坡高达47m的高填陡坡路基,如何选择安全,合理,经济的路基断面及结构型式,成为该段路基设计的重点.鉴于该路堤底部较

5、平缓,在填筑施工过程中稳定性相对较高,在完工后全断面的路堤自重及考虑车道荷载下属于最不利工况,故本文仅对运营期的路堤稳定性进行分析.2.1运用岩土软件初步分析按照1:1比例建立平面模型.模型以左侧路基边缘为坐标x轴0点,以路基坡脚为坐标Y轴0点(本文下述计算图示均以此为坐标原点),运用Mo~emtem—Price法收敛求解整体最不利滑动面及其安全系数.滑动面圆心位于X=108.1,Y=139.6处,滑弧1L=138.4,滑动面出口距坡脚高约2.5m处.此时按条分法求得安全系数为1.235,如图2

6、;按Bishop法求得安全系数为1.281.如图3:按Spencer法沿坡脚及外侧坡面指定若干滑动面,求解最不利滑动面及其安全系数为1.279,见图4.2.2经典方法笔算验证分析■一,一图4按Spencer法求得最不利指定滑动面及安全系数2.2.1验证最不利滑动面的可靠性(1)采用条分法验证运用费伦纽斯法…[2],沿滑动面出口向坡内做水平线长4.5H,分别得到E点位置,E点与等效土柱高的外侧顶点连线,与滑动面法线交点为拟定滑动面圆心.以此方法分别对按照程序计算所得的滑动面(第一种滑动面),滑动面

7、出口同程序计算出口处(第二种滑动面,X=94.3,Y=105.9,R.=105.9),滑动面出口位于坡脚处(第三种滑动面,X=99.2,Y=ll0.0,tL=l12.3)3种滑动面,根据经典条分法,分别计算各自安全系数为1.238,1.260,1.250.第一种滑动面与Spencer法程序求得1.235相当接近,且其余2种均比之略大,由此简要证明了程序解得滑动面位置及安全系数与条分法所得结果接近.(2)采用简化Bishop法验证根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)(以下简称《规范》

8、),"路堤的堤身稳定性,路堤和地基的整体稳定性宜采用简化Bishop法进行分析计算",稳定系数Fs计算公式如下:图2按条分法求得最不利滑动面及安全系数当土条i滑弧位于地基中时:1113按Bishop~求得最不利滑动面及安全系数I(i=mdi当土条i滑弧位于路堤中时:K:—Cfibi+CWti—+Qi)tan~'1TIm~=co通过采取与条分法相同的3个滑动面,按照运营期U=I的情况下,采取固结快剪参数(与程序略有不同),计算得出安全系数分别为:1.2995,1.3495,1.3455,与团福建交