高填方加筋黄土路堤稳定性的有限元分析(王家鼎2007)

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1、第27卷第2期地理科学Vol.27No.22007年04月SCIENTIAGEOGRAPHICASINICAApr.,2007高填方加筋黄土路堤稳定性的有限元分析111,2王家鼎,谢婉丽,骆凤涛(1.西北大学地质系大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;2.中交通力公路勘察设计工程有限公司,陕西西安710075)摘要:采用有限元法对国内最高(62m)的山西北张沟加筋黄土高填路堤稳定性进行了数值模拟,对其最大主应力、最小主应力、剪应力和塑性破坏区及其变形进行了计算,然后将其计算结果与未加筋路堤相比较,得出高填方加筋黄土路堤及地基变形特性和应力特性的变化

2、规律。结果表明,由于加筋的作用,降低了黄土高路堤的变形,提高了其稳定性。这与现场沉降观测结果基本一致。关键词:加筋黄土;高填方路堤;土工格栅;有限元分析中图分类号:TU432文献标识码:A文章编号:1000-0690(2007)02-0268-05随着西部开发的不断深入,黄土高原地区公m以上的高路堤几乎尚未发现。另一方面,公路建路、铁路等基础建设取得了长足的发展,大大地推设中由于现有理论假设的局限,高路堤稳定分析方动了地方经济建设的可持续发展,特别是近年来黄法并不完全适用于冲沟地形条件,沉降变形分析与土高原地区高速公路、高速铁路的建设极大地缓解实际存在较大差

3、别,这种理论研究滞后于工程实践了黄土高原的交通压力。然而,黄土高原地貌单元的现象在相当大的程度上限制了这种结构形式的十分复杂,沟壑纵横,加之黄土疏松,在外荷载作用推广应用。[1,2]下极易改变其性质,诱发次生灾害。为此,高基于以上原因,为研究高速公路是否可采用高速公路以何种方式穿过黄土沟谷,既经济,又安全,填加筋黄土路堤跨越黄土深沟,本文拟采用有限元是个值得研究的问题。法对山西北张沟62m的高填方加筋黄土路堤稳定加筋路堤是近几十年发展起来的介于挡墙与性进行数值模拟计算,并结合现场工程地质调查研一般填方边坡之间的一种新型加筋土结构,是在路究工作,将两者进行对比

4、分析,为公路设计和施工堤和地基组成的土工结构物的适当位置加入具有提供基础资料。抗拉性能的土工合成材料组成的一种复合体。由1工程概况于土与加筋材料之间的摩擦作用,使加筋土形成了稳定的整体复合结构,从而提高了土体强度。土工北张沟高填方路堤位于山西省霍州市三教乡格栅作为一种筋材,其使用始于1980年。国内外村东约300m处的黄土深沟内,起终点桩号分别为[3～8]研究表明:由于土工格栅具有高强度、低延伸K102+008.095和K102+186.020,全长177.07率、高稳定性等特点,所以采用其加固高填路堤具m。该段原设计为一座45m+80m+45m连续刚有路堤

5、稳定性好、边坡安全度高、沉降及差异沉降构桥,墩高33m,柱式台,桩基础。小和承载力强等诸多优点,因而在土建工程各行业1.1原设计方案变更理由得到广泛的应用,然而,高填方加筋黄土路堤稳定为了保证工期,节约工程费用,经实际踏勘认性的研究并不多见。在山区修建高等级公路时,为为:该处黄土沟形狭窄,沟底平缓,地质条件良好,满足公路线型的要求,路堤填筑高度的加大已愈来高路堤方案基本可行,我们提出改桥为高路堤方愈受到重视。如何改进和完善处理措施,确保路基案,原因如下:成形后的稳定,目前国内还处于研究探索阶段,601)该处地貌类型为黄土塬—冲积扇区,线路收稿日期:2005-

6、09-23;修订日期:2006-01-11基金项目:国家自然科学基金项目(40572157,40502028)、高等学校博士学科点专项科研基金(20050697013)资助。作者简介:王家鼎(1962-),男,陕西蓝田人,博士,教授,博士生导师,从事工程地质研究。E2mail:wangjd@nwu.edu.cn2期王家鼎等:高填方加筋黄土路堤稳定性的有限元分析269与冲沟斜交,设计高架桥通过时,桥长177m,而实接,平台向内设2%的反坡。边坡坡面与主沟两侧际冲沟顶垂直宽度仅为100m左右,沟底垂直宽度坡面交界处设急流槽;急流槽与路基两侧排水沟相仅为10～25

7、m。接,直设计至沟底。急流槽为0.6m×0.6m的矩2)沟深62m,两侧山坡较陡,由于桥梁跨度形断面,其结构与主线相同;坡面采用拱形骨架护有限(如再增大跨径,将会造成边孔浪费),桥墩承坡进行防护,并植草进行绿化。台难于座落在两侧陡坡上,因此,必然导致高桥墩,4)沟底排水设计。沿沟底设盲沟,其尺寸为增加施工难度;桥墩施工平台形成时挖方量大;承2.0m×2.0m,以解决沟中及地下水的排泄。为防台上临空面过高(最高达45m),对桩基安全施工止盲沟堵塞,用土工布与土体隔离。带来一定隐患。2计算方案的选定3)桥位上游汇水面积很小,汇水总面积不超2过3km,采用高填方路

8、堤,只设置1孔2.5m的泻用有限元的方法从理论上研究