铁路高陡边坡稳定性和变形研究

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1、铁路高陡边坡稳定性和变形研究　　摘要：铁路建设存在大量高陡边坡,对于在自然状态下稳定的边坡，在施工过程和施工后是否稳定是摆在铁路建设中的一个重要课题。关键词：高边坡;施工阶段;饱和;稳定性;变形中图分类号：TU71文献标识码：A文章编号：引言研究施工过程边坡稳定性和变形特征有利于正确判断各施工阶段边坡稳定，采取合理的施工工艺。考虑施工过程稳定性分析已有不少研究成果，对边坡稳定性分析方法很多，而极限平衡理论是经典的边坡稳定性分析方法，极限平衡方法虽然有一定的局限性，因其概念清楚，方法简单而在实际工程中被广泛采用。1、研究工程概况以及岩土参数研

2、究线路中心最大挖深27．5m，最大堑坡高42m。边坡地层为黏土、强～弱风化白云质灰岩。岩层产状为131°∠54°，中线走向258．6°。8计算横断面DK316+729．764．2如图1所示。左侧边坡为设置五级台阶的路堑边坡，高度为42m，右侧边坡为设置二级台阶的路堑边坡，高度为19m。路基边坡根据不同岩土性质分别为1∶(1．5～1．1)。左侧边坡在开挖一级台阶后，在斜坡上设置3根锚杆，开挖二级台阶后，在斜坡上设置2根锚杆，开挖三级台阶后，在斜坡上设置2根锚杆，锚杆长度统一为12m;右侧边坡在开挖二级台阶后，在斜坡上设置2根锚杆，锚杆长度统一

3、为10m，锚杆采用直径32mm的HRB400螺纹钢制作，钻孔直径110mm，钻孔俯斜30°。锚杆弹性模量为2e+008kPa。左侧边坡坡脚采用桩长为14m，桩截面尺寸为2×1．5m，桩间距为6m的桩板墙。根据该段路基设计图，本段路基为路堑。其施工过程主要以左侧边坡施工来划分，根据设计，其施工过程可分为以下几个阶段，如图1所示。阶段一:开挖第一级台阶(台阶编号从上往下);阶段二:施工1，2和3排锚杆;阶段三:开挖第二级台阶;阶段四:施工4和5排锚杆;阶段五:开第挖三级台阶;阶段六:施工6和7排锚杆;阶段七:开第挖四级台阶;阶段八:施工桩板墙并

4、开挖第五级台阶和完成路基面开挖。2、考虑施工过程稳定性分析8本次研究中分别计算潜在滑动面可能为圆弧形或折线(包括平面)2种情况，以及在不考虑地下水及考虑岩土全部被水饱和下边坡最小安全系数。当潜在滑动面位于黏土中时，考虑滑动面为圆弧形，分别采用力矩平衡法和静力平衡法计算。采用力矩平衡法选择了Fel1enious法、简化Bishop法和Morgenstern－price法。采用静力平衡法时选择了简化Janbu法和Morgenstern－price法。当潜在滑动面沿岩土分界面时，考虑潜在滑动面为折线(包括平面)时，采用静力平衡法，选择了简化Jan

5、bu法和Morgenstern－price法。2.1滑动面考虑为圆弧时稳定性分析表2是在考虑滑面为圆弧时在自然状态和第一、二施工阶段边坡最小安全系数。由表2可看出，在天然边坡状态下，按4种方法计算的边坡最小安全系数在不考虑地下水时为3．875，在考虑地下水时为3．346。在施工阶段，边坡安全系数最小值是在第一施工阶段，即开挖一级边坡后边坡最小安全系数在不考虑地下水时为3．175，在考虑地下水时为2．744。显然，地下水存在降低了边坡的稳定性。边坡在一级边坡开挖并施作锚杆后，边坡安全系数最大，且在以后开挖与施工阶段，基本上不变化。从边坡安全系

6、数来看，无论是在自然状态下还是施工过程中边坡是安全的。注:第三～八施工阶段计算结果与第二施工阶段结果一致，故本表未列出。2.2考虑潜在滑动面为折线时稳定性分析8表3是在考虑滑面为折线时在自然状态和第一、二施工阶段边坡最小安全系数，由表3可看出，在天然边坡状态下，按2种方法计算的边坡最小安全系数在不考虑地下水时为3．455，在考虑地下水时为2．821。在施工阶段，边坡安全系数最小值是在第一施工阶段，即开挖一级边坡后边坡最小安全系数在不考虑地下水时为2．648，在考虑地下水时为1．870。边坡在一级边坡开挖并施作锚杆后，边坡安全系数最大，且在以

7、后开挖与施工阶段，基本上不变化。从边坡安全系数大小来看，在自然状态和施工阶段边坡是安全的。注:第三～八施工阶段计算结果与第二施工阶段结果一致，故本表未列出。3、考虑施工过程边坡变形分析3.1工点计算模型计算采用平面应变假设。有限元分析采用二维线弹性模型，边坡岩土两侧为x方向约束，地基底部为x、y方向约束。分析区域共划分2100个四边形等参单元，锚杆采用单独的杆系单元，桩板墙采用构造单元(structure)模拟。有限单元划分如图2所示3.2考虑开挖过程边坡位移分析边坡在开挖施工过程中，由于卸荷作用，边坡应力重分配，沿水平和竖向发生位移;在不

8、同施工阶段，位移大小和方向不同，呈复杂的变化。由于卸荷作用，边坡以竖向向上位移为主，如图3所示。83.2.1累积水平位移分析表4为各施工阶段累计水平位移变化范围。图4为最后施工阶