基于路基稳定性的沿河路堤合理坡线设计分析

52道路交通城市道桥与防洪2013年4月第4期基于路基稳定性的沿河路堤合理坡线设计分析张琦，曹高尚(天津市市政工程设计研究院，天津市300051)摘要：为得到沿河路堤边坡稳定影响因素并对其进行合理坡线确定，根据圆弧形滑动法对不同边坡坡率及台阶宽度的沿河路堤进行路基稳定性计算分析，进而采用灰色理论定量分析了二者对滑动安全系数及路基稳定性影响程度，为沿河路堤的合理坡线设计提供了理论借鉴。关键词：沿河路堤；路基稳定性；圆弧滑动法；合理坡线中图分类号：U416．1"2文献标识码：A文章编号：1009—7716(2013)04—0052—03a．通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，0引言其半径为R，沿路线纵向取单位长度为1in，将滑平原地区地势低洼，在平原区修筑路基通常需动土体分成若干个一定宽度的垂直土条，如图1通过河流或湖泊，因此，需对沿河(湖)路基进行稳所示。定性分析，以保证浸水路堤稳定性【。然而，平原区沿河路堤大部分为低填方路堤，路堤本身强度在满足压实度以及对底部软土进行合理处治后仍然出现不同程度的边坡滑塌。工程实践表明：平原≥区路堤在距离河流一段长度范围内仍然会出现不同程度的滑塌，因此需对沿河路堤进行滑塌距离及河岸放坡线进行计算确定，在保证堤岸稳定的情况下，合理设置河岸坡度及坡线，尽量使滑塌顶点位于路堤外，提高平原区路堤稳定性及道路行车安全性[31。图1圆弧滑动法边坡稳定性分析示意图本文以天津市某沿河路堤为例，在进行地质勘查和现场测量的基础上分析了解沿河路堤边坡b．计算每个土条的土体重G，G可分解为垂直线与滑塌点分布情况，得到了合理的放坡坡率和于小段滑动面的法向分力Ni=G,cosoz和平行于该台阶设置情况，进而提高路堤稳定性及工程安面的切向力Ti=Gsinot，其中0[为该圆弧中心点的全性。半径线与通过圆心的竖线之间的夹角，=sin一(其中麓为圆弧中心点距圆心竖线的水平距离，R为1路堤稳定性计算方法圆弧半径)。软土地基上的路堤稳定性，通常采用圆弧滑c．计算每一段滑动面上的反力(抵抗力)，即内动面法，即假定路堤填土连同软土地基沿同一圆摩擦力(其中卢)和粘聚力c厶(厶为i小段弧弧破裂面滑动，计算作用在该圆弧上的总抗滑力长)。矩和总滑动力矩，或者计算作用在该圆弧上各点d．以圆心0为转动圆心，半径尺为力臂，计算的总抗滑力和总滑动力，求其稳定系数。滑动面上各力对0点的滑动力矩和抗滑力矩。条分法同时考虑了软土路基的粘聚力和摩擦=R(∑一∑)(1)力，计算中所采用的抗剪强度指标粘聚力c和内i=1i=1摩擦力值，对于路基填土部分，采用快剪试验的数值，对于路基土，在路堤快速填筑而软土来不及(i∑=1Ⅳi∑=1cL)(2)固结时，应采用快剪试验的数值。式(1)、(2)中：——滑动力矩；(1)圆弧条分法——抗滑力矩；收稿日期：2012—12—14作者简介：张琦(1974一)，女，天津人，高级工程师，主要从事R∑——oy轴右侧的力矩；路面工程设计。 2013年4月第4期城市道桥与防洪道路交通53河道中心线——oy轴左侧的力矩，左侧i=1力矩与滑动方向相反，起到抗滑作用，应在滑动力矩中扣除；n、m——0y轴右侧的分段数和ov轴左侧的分段数。e．求稳定系数K值(∑∑c厶)厂∑G／cosK=——』_三j————上三——一=i=1(3)(∑一∑)∑Gisina一∑Gsinai=1i=1i=1i=1式(3)中：——滑动圆弧的总长度，m；卜摩阻系数,f=-tg~；c——粘聚力，kPa。二：二二二(2)计算中假定若干个可能滑动面，求出各假定滑动面的稳定系数K，并计算得到各滑动圆弧的圆心，并由此得到对应的极限滑动面，相应的稳定系数为极限稳定系数。(3)确定圆心计算范围，极限滑动圆心位于一定范围内，在此范围内根据一定间距试算不同圆心处的稳定系数，由此得到极限稳定系数。2计算参数层号IⅡⅢⅣV工程场地位于天津市海河冲积平原，软土分布层厚h／m1．51．911．54．22．1广泛，根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—重度／(kN／m)19．118．318_319-320．62001)，工程场地地震动峰值加速度为0．15g，地震饱和重度／(kN／m)202O2O2O2O动反应谱特征周期为0．40S。根据《建筑抗震设计天然含水量w／％31．940．242．63O．622．7规范》(GB50011-2010)，工程场地抗震设防烈度塑性指数19．118．414．4l1．711．5为7度，设计基本地震加速度值为0．15g，设计地液性指数0．510．861．270．860．63震分组为第二组。压缩系数0．1～0．2／(1／MPa)0．3940．7040．7570．4090．319模型计算采用通用方法，边坡稳定性验算采压缩模量O．1～0．2／(MPa)4．843．143．094_835．12用圆弧滑动法，水平地震系数采用0．15g，地震作内摩擦角／(。)122-22．47．7103用重要性系数为1．000，水平加速度分布采用矩形粘聚力Cq／kPa3215．16．211．714．4分布。采用设置台阶及不设置台阶两种方式进行表2不同组合条件下边坡滑动安全系数边坡设置，具体形式如图2所示。对原状土进行地质勘查，通过室内试验得到各土层物理参数。其测试内容参数见表1。3计算结果分析3．1不同工况计算结果分析取边坡坡度分别为l：1．5、1：2、l：2．5，台阶宽度分别为0m(不设台阶)、1m、1．5m、2m、2．5m，台阶上下高度均为2．5m，进行组合设计。为保证河道一定的过水能力和机械工作面需求，要求河道底部宽大于等于5m，因此组合得到的各台阶从图3及图4可知：(1)随边坡坡率的降低，宽度和坡度下的边坡滑动安全系数如表2所示。滑动安全系数呈线性增加；(2)随台阶宽度的增 54道路交通城市道桥与防洪2013年4月第4期加，边坡滑动安全系数线性增加。可通过改变二者表5差序列进行边坡设置已得到满足规范的合理坡线。’y-0．1090x+1．2／：i／对关联系数求和得到2=4．36>-3=2．95，边坡坡度对边坡滑动安全系数的影响较台阶宽度对滑动安全系数的影响高约47．7％，因此可知图3不同坡度滑动安全系数边坡坡度是影响边坡稳定性的主要因素。4结论及建议本文以天津市某沿河路堤为例，在进行沿河路堤边坡圆弧形滑动理论分析的基础上，结合地质状况进行不同放坡坡率和台阶宽度条件下的滑动安全系数进行计算，分析并得到了二者对边坡稳定性的定量影响程度，主要结论：(1)随边坡坡率的降低，滑动安全系数呈线性增加；随台阶宽度的增加，边坡滑动安全系数线性增加。因此可通过改变二者进行边坡设置已得到图4不同台阶宽度滑动安全系数满足规范的合理坡线。(2)边坡坡度对边坡滑动安全系数的影响较台3．2不同工况因素的灰色关联分析阶宽度对滑动安全系数的影响高约47．7％，边坡坡为定量分析边坡坡度及台阶宽度对滑动安全度是影响边坡稳定性的主要因素。系数的影响程度，采用灰色理论对二者进行分析。(3)采用圆弧形滑动法进行边坡稳定性分析时，灰色理论中灰色关联度，是分析系统中各因素关联一般假定滑动面通过坡脚，不考虑土体的内应力程度的方法，即关联程度量化的方法[41。由灰色理及各土条之间的相互作用。然而，实际土体间存在论计算滑动安全系数影响程度，结果见表3～表6。粘聚力及摩擦力，为更大程度地模拟土体实际的表3滑动安全系数及影响因素滑动情况，建议借助有限元或其他辅助软件进行单元划分。考虑土体间的相互作用后对圆弧滑动法进行优化，得到更加精确的计算结果，为边坡工程的顺利开展奠定理论基础。参考文献[1】邓学钧．路基路面工程[M】．北京：人民交通出版社，2000．【2]交通部第二公路勘察设计院．路基(公路设计手册)【M】．北京：人民交通出版社，1982．[3】孙巧银．浸水路基稳定性研究【D】．西安：长安大学，2005．【4]陈开圣，方琴，熊岚．路基边坡稳定性评价方法研究【J】．路基工程，2009(1)：26—27．【5】刘思峰，党耀国，方志耕．灰色系统理论及其应用【M】．北京：科学出版社，2004．f6】李学全，李松仁，韩旭里．灰色系统理论研究(I)：灰色关联度fJ]．系统工程理论与实践，1996，(11)：91—95．