公路路基滑塌力学病理分析

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1、公路路基滑塌力学病理分析摘要从力学的角度定性分析公路路基的稳定性及病理的力学问题。应用简明物理实验，明确内摩擦力、摩擦和及黏聚力机理特性、作用效果。从而阐明自然因素的改变、路面汽车荷载作用，引起路基结构中内摩擦力、摩擦角及黏聚力改变，是产生公路多种病害的力学原因。关键词内摩擦力；黏聚力；路基力结构；病理原因中图分类号U41文献标识码A文章编号1674-6708(2013)103-0099-021内摩擦力、黏聚力物体之间相互挤压接触面处有相对运动趋势而产生抗运动趋势的力为内摩擦力；物质之间有黏聚力作用在外拉力作用下发生拉伸形变而产生的吸力为黏聚力。以下列物理现象形象理解内

2、摩擦力和黏聚力及两力作用效果。如图1,物体A与斜面(固定在地面上)之间最大静擦因数为口，斜面倾角较小，物体可以静止在斜面上，当斜面的倾角增大为9。时，物体A才开始下滑的临界状态，但还处于静止，对物体A受力分析，据力的平衡，受到的最人静摩擦力等于重力沿斜面的分力(忽略黏聚力)。若给物体A作用竖直向下的压力F,或在物体A的上表面放置土立方,计算可得：u(mg+F)cos0。总等于(mg+F)sin9。，最大静摩擦力还是等于重力沿斜面的分力（mg+F）sin9o,物体A仍能静止在斜面上不会下滑，把这物理现象称为自锁。斜面体的倾角。。=arctanu为摩擦角。分析可知，斜面倾角

3、小于摩擦角都为自锁范围，物体A总不会沿斜面下滑;但斜面体倾角0>arctanu,重力沿斜面的分力大于摩擦力，物体A—定沿斜面下滑。从而设想两点：1）要打破自锁现象，只能减少摩擦角，即减小物体间最大静摩擦因数。如：改变物体A与斜面之间的粗糙程度，改变物体A和斜面的材料，或在物体A与斜面之间渗油性物质，起润滑作用;2）若斜面体倾角&>arctanu,要使物体A不下滑，在物体A与斜面体之间涂层粘胶，黏聚力增添了抗拒下滑作用。假设斜面倾角0二90。时，完全是黏聚力抗拒物体A下落了。2应用实验现象论证物体滑坡与内摩擦角关系1）如图1-2半球形碗，半径为R,有一小虫从碗底开始向上爬

4、，小虫与碗壁之间最大静摩擦因数为卩（注：小虫不会分泌粘性液）。发现小虫每次爬到同高度都会滑落回来。此高度h二R（1-cos0）,tan0=H,推得:h=R/Vl+u2；小虫从碗底向上爬，圆的切线与水平面之间的夹角增大，达高度h时切线倾角为内摩擦角，小虫开始就下滑了。2）选用家米若干，干燥的米粒之间互滑，从力学角度分析，抗互滑的是内摩擦力作用（黏聚力作用忽略），在用缓缓漏落米粒方式，在桌面上使米成圆锥堆；操作要求：（1）米粒漏落到米堆上速度耍小，让米粒在锥面上自由下滑;(2)停止漏米粒,由于锥面上有些米粒之间搁置状态，轻敲结实桌面，微振，使锥面表面米粒不下滑止敲。(3)用

5、两刻度尺放在米堆底面圆直径两侧，测量直径要忽略圆锥底边单层米粒，用毫米刻度尺测出两平行刻度尺间距，即为圆锥底圆的直径d；(4)用细直铁丝从锥顶竖直缓缓插入方法，测出锥高h；(5)用漏落米粒，分别测出八组直径d与高度h,填入表格，计算每次的h/d的值。结论：米粒堆为圆锥，无论锥体多大，h/d比值接近一定值，约为0.260原因：圆锥体的的坡度角大于摩擦角，米粒就下滑到桌面上，当不漏米粒T,米粒不滑动，静止在锥面上，圆锥的坡度角等于摩擦角。两实验现象说明，此类物体能否滑坡与内摩擦角有关，在没有其他因素影响下，内摩擦角定值了，坡度大于内摩擦角就滑坡，小于内摩擦角，物体在锥面上处

6、于自锁范围，就不会下滑。3公路路基力学结构及滑塌病理路基施工在压实工序中，土料受压，土料中的空气大部分被排除，土料不断靠拢，重新排列成密实的新结构，增强了内摩擦力和黏聚力，路基的强度和稳定性得到增强。内摩擦力和黏聚力是构建路基的两个基本力。含砂粒成分较多的土，强度构成以内摩擦力为主，边坡破坏时，破裂面近似平面；含黏粒成分较高的土，强度构成黏聚力为主，边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。路基受常年大气雨雪日晒作用，如：大气降的水渗入路基，路基下面的水经毛细现象、水蒸气的蒸腾、水分子扩散现象，或排水实施的堵塞，使路基湿度增大，水分增多，水膜包在土砂粒周I韦I,降低土料之间黏聚度,

7、减少黏聚力。遇气温下降，积聚的水冻结后，体积增大，造成路堤、路堑面层开裂。春暖化冻时，路堤、路堑的侧面从表层到里层逐渐解冻，若水分又不易迅速排除，造成表面湿度增加，承载能力大大降低。从力学角度分析，这些自然因素的影响，使土料发生物理、化学的变化，改变十料之间原有的结构，减小了内摩擦角、减弱了黏聚力，从而降低路基稳定性。又路面上交通繁重，经反复超荷载作用，在车重与路自重作用下，对路基产生竖直压力、经向弯拉力及剪切力，超越土料之间内摩擦力及黏聚力的极限，造成路堤、路堑滑塌。边坡的剥落、溜方（图2a）、滑坡（图2b）、路堤下滑（图2c）、崩塌（