暖季强降雨对多年冻土南界斜坡路基稳定性影响分析

《暖季强降雨对多年冻土南界斜坡路基稳定性影响分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn暖季强降雨对多年冻土南界斜坡路基稳定性影响分析沈宇鹏，许兆义，王连俊，赵文杰北京交通大学土木建筑工程学院，北京（10044）E-mail：njtu003@163.com摘要：青藏铁路多年冻土斜坡段路基稳定性对铁路长期运营具有潜在的威胁。文章分析了强降雨对青藏铁路安多段多年冻土南界斜坡路基稳定性的影响，稳定性计算时采用非饱和土强度理论，结果表明斜坡稳定性系数的最小值出现在降雨后两天左右。关键词：多年冻土南界；降雨；稳定性；入渗1.前言近年来，随着输油管道、青藏公路与青藏铁路的修建，人们越来越重视多年冻土地区的自然斜坡和人工边坡稳定性问题。而前

2、人的研究只局限于冻土天然斜坡的稳定性分析，而在多年冻土区内斜坡路基稳定性的研究尚少。评价暴雨对斜坡稳定性的影响，应该根据雨量和雨强，从降低斜坡非饱和土体的强度来[1]考虑，得到不同的安全系数。Lumb(1962a)采用简化的一维垂直入渗模型计算了湿润锋推进的速度及入渗停止后含水量的再分布过程，根据抗剪强度与饱和度的经验关系确定其边坡[2]的安全系数；Sammori和Tsuboyanma(1991a)采用Galerkin有限元法模拟了恒定降雨强度[3]条件下边坡暂态渗流过程，并对边坡稳定性进行了参数研究；Shimada等(1995a)用Galerkin有限元法模拟了不同降雨强度和土的类型

3、条件下二维非饱和渗流，并采用刚体弹簧模型进行[4]了斜坡稳定性数值分析；C.W.W.Ng等(1998a)针对香港情况研究了各种降雨情形和初始条件对暂态渗流和斜坡稳定性的影响；陈守义等(1997,1999a)提出了一种考虑入渗和蒸发影响[5，6]的土坡稳定性分析方法。本文引入降雨入渗率的概念，对青藏铁路多年冻土南界安多试验段强降雨进行稳定性验算，以指导今后相应工程的设计和铁路维护。2.试验段概况安多试验段位于唐古拉山南坡70km尕勒布曲河谷区，植被覆盖率70％以上，海拔4900m左右，年平均降雨量1290.9mm，年平均气温为-2.9℃，为青藏高原多年冻土南界。plfg−1Q段内出露地层

4、有第四系全新统洪积、冰水和湖泊沉积粘土（4），厚度为3—4m；下伏地层为侏罗系（J）红褐色、灰绿色泥岩，揭露厚度可达17m。表1路基填料及地基土的各项物理力学参数抗剪强度天然重度γ含水量地层3粘聚力C内摩擦角φ(kN/m)(%)(kPa)(°)路基填料（融化）2081536表层融土13.91210.1212.95表层冻融交界面14.3246.9713.01表层冻土16.81918.0624.61[7]对冻融交界面的抗剪强度研究较少，本文在参照佟治权（1988a）的数据，得到界面-1-http://www.paper.edu.cn上的抗剪强度。路基填料及地基土的各项物理力学参数见表1，从

5、表中可以看出，表层土的中冻融交界面的强度最小，这与佟治权所得到的结论有所出入，分析认为这与土性不同有关。安多试验段的路基面按Ⅰ级铁路次重型轨道类型标准设计，基床厚度2.5m。试验段的路基结构呈现几何不对称，路基宽度为8.3m。考虑到冻土斜坡路基的特殊性，试验断面采取的主要工程措施有：1）在斜坡路基上图1DK1503+580断面路基结构图游侧，设置挡水埝用来隔离地表水；2）在路基下部，铺设抛片石来主动冷却路基，并利用抛片石排泄路基内的自由水，如图1。从路基的人为上限图2来看，人为上限逐年抬升至片石底面，只有阳坡坡脚孔处的人为上限是降低的。原天然上限呈平行地面的缓原天然上限年人为上限坡，而

6、路基的人为上限高于年人为上限原天然上限呈现上凸起状，图2断面DK1503+580人为上限变化图其中阳坡略低于天然上限。人为上限坡度大于原天然上限坡度，也大于天然边坡的坡度。因此，路基的填筑，影响其天然边坡的水文条件；同时，路基体内接收的雨量垂直渗透至路基人为上限附近，而上限以下的土体相当于隔水界面，由于水的参与，降低了土体的强度，并增加了渗透压力，从而影响路基的稳定。3.夏秋季强降雨的影响同时由于降雨，使得冻土路基中的水压力进行重分布，改变了路基土和地基土的抗剪强度。同时，冻土中雨水的渗入，也影响着冻土路基的热平衡，相当于把地表热量带入到路基内部。解决降雨对边坡稳定性的影响，常用两种方

7、法来解决，一种是把雨水考虑成常水头；另一种则把它考虑成饱水后，用地形的坡度来分析土坡内的水头压力。在降雨入渗过程中，随着雨强和时间变化，土体饱和区以及非饱和区的含水量也在不断发生变化。为了较合理的模拟降雨过程，首先应该对入渗理论有足够的认识[9，10]。土壤入渗分为垂直入渗和侧向入渗，入渗土壤中的强度与表土的含水量有关系，入渗初期的供水强度取决于降雨的强度；而表面达到饱和后，其供水强度取决于土体图2降雨入渗强度图-2-http://www.pa