第38卷第11期 2005年11月
土 木 工 程 学 报
CHI NA CI VI L E NGI NEERI NGJOURNA L
V ol 138N o 111N ov 1 2005
黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用
杨有海 苏在朝 夏 琼
1
2
1
(11兰州交通大学, 甘肃兰州730070; 21兰州铁路局, 甘肃兰州730000)
摘要:土质路基边坡溜坍是道路工程中常见的一种病害现象。结合宝中铁路路基边坡防洪加固, 利用有限单元法分析了黄土路堤边坡的作用机理, 并结合实际工程进行了应用。关键词:黄土; 路堤; 边坡; 加筋; 稳定性中图分类号:T U413. 6+2 文献标识码:A 文章编号:10002131X (2005) 1120084205
MECHANISM AN D APP LICATION OF SH ORT REINFORCEMENT UN DER SUPERFICIA L
LAYERS OF LOESS EMBANK MENT SLOPE
Yang Youhai Su Zaichao Xia 1
2
1
(11Lanzhou Jiaotong University , Lanzhou 730070, China ; 730000, China ) Abstract :Slope collapse of s oil roadbeds is a comm on with flood prevention rein forcement of road 2bed slope in Baozhong Railway , the of loess forced slope is analyzed by using the finite element method , and engineering is K eyw ords :; ; rein forcement ; stability
路堤边坡水毁工程的复旧中, 利用土工格栅加固路堤
引 言
在我国西北、华北地区, 经常需要用黄土填筑铁路、公路路堤。在这些年降雨量少的干旱地区, 土壤湿度较小, 常处于干燥状态, 因而用以粉土颗粒含量较多的黄土填筑路堤时, 由于其天然含水量小, 所以路基尤其是路堤边坡处难以压实达到较高的密实度; 填土渗透性也较大; 由于干旱缺水, 地面植被也稀少。压实黄土的水稳定性很差, 尤其是在密实度较低
[1]
情况下更加突出。尽管西北地区年降雨量较小, 但在夏秋季往往会降大到暴雨。雨水在路基面及边坡坡面处很快下渗, 使路堤边坡浅层填土达到饱和状态, 其强度、承载力大幅度降低, 边坡浅层土体稳定性下降, 出现下滑、溜坍等病害, 影响运输生产正常进行, 危及行车安全。
土质路堤边坡浅层溜坍是路基工程中常见的一种病害, 尤其在新建铁路、公路中, 若边坡防护不力, 在雨季遭受大到暴雨侵袭, 或连续几天处于阴雨天气时就会发生。
结合宝中铁路1999年7月遭受暴雨袭击后造成
收稿日期:2004202217
铁道部科技研究开发项目(99G 38)
边坡浅层土体而开展的一项研究工作。
土工合成材料以其优良的性能和应用上的简便性在土木工程中使用越来越多。其中一个主要用途是利用土工格栅、土工格室等加固软土地基、修筑加筋土挡墙、加固陡坡工程中的土体等。加筋土边坡有长加筋、短加筋之分, 长加筋可以提供较大的锚固抗拔力, 解决土坡深层抗滑稳定性, 现行的各种应用技术规范
[2-4]
为设计提供了分析计算方法。短加筋边坡主要
用于治理浅层溜坍, 加强边坡防护, 其作用机理还不十分清楚。通过有限单元法分析计算, 比较了不同压实系数下各自强度发挥系数, 研究短加筋边坡作用机理, 并通过实际工程使用验证其防护加固效果。
1 分析模型
111 路基土模型
对于路堤结构, 由于长度方向上可以看成是无限长, 即认为沿长度方向上的变形为零, 也就是εz =0。所以可近似地按二维平面应变问题来处理路堤结构。又由于土体具有明显的流变特性和非线性塑性, 在实际分析中采用弹塑性本构关系, 屈服函数采用摩尔-库仑屈服准则, 即屈服函数为
[5]
:
第38卷 第11期杨有海等・黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用・85・
f =p sin φ+
(cos θ-
sin θsin φ) -c cos φ(1) J ′2
SM F =
σ1-σ3
φ2c cos φ+|σ1+σ3|sin
(2)
p =J 1Π3q =
σ式中:σ1、3分别为所论高斯点的最大和最小主应φ分别为材料的黏聚力和内摩擦角。力; c 、
当SMF ≥1时, 即认为所论高斯点已进入塑性状态。
θ=arcsin -3Π2
32×(J ′2)
J 1=σ1+σ2+σ3
2222
(σJ ′′′′2=x +σy +σz ) +τxy 2
22σ) J ′′′3=σz (z -J ′
2 计算结果及分析
211 分析对象及工程实例
式中:θ为Lode 角; J 1、J ′2、J ′3分别为第一主应力不变量、第二偏应力不变量和第三偏应力不变量; c
为填土黏聚力; φ为土体的内摩擦角。
硬化规律采用应变硬化模型, 其中为了简化计算, 将硬化参数按常数处理, 作为材料的一种物性参数输入。对于流动准则, 岩土材料一般不遵从关联流动法则, 但目前尚不能有根据地确定塑性势函数, , 故在这里仍采用关联流动法则。112 接触面单元
。在用有限元分析时, , 必须予以特别注意。因为结构(筋材) 的材料性能与周围土体性质相差较大, 在一定的受力条件下有可能在其接触面上产生错动滑移、脱离接触以及周期性的闭合和张
开。为了比较真实地反映接触面性态, 应采用特殊的接触面单元。本文采用G oodman 提出的岩石节理单元
[6]
(图1) 。作接触面单元
宝中铁路于1995年建成通车, 在建设期间, 沿
线大部分地区一直处于干旱、少雨、缺水状况, 给路基填土压实、。1999年7月13日, 平凉地区24h 9412mm , 形成暴雨。K 188段共75m 长的, 。在当年水毁工程, DG 80土工格栅, 25kN Πm , 加筋长度, 竖向层间距1m 和015m (图2) 。
图2 宝中铁路土工格栅加筋边坡
Fig 12 R ail w ay slope reinforced by georid
图1 接触面单元编号示意图
Fig 11 Numbering of interface element
针对该工点, 利用有限元法, 分析短加筋边坡加
固机理, 并结合实际工程研究其加固效果。212 计算参数选取
对短加筋和不加筋路堤边坡进行了对比分析, 土工格栅水平铺设在边坡填土中。取路堤结构一半进行分析。路堤高度为616m , 边坡坡度为1∶115, 路基面宽度为617m , 地基计算深度为10m , 计算宽度取23125m , 模型的网格划分如图3所示。计算中考虑路基面以下及边坡浅层已处于饱和状态, 因此, 在材料参数选取上与路堤内部加以区别。按照室内试验资料并结合现场实际, 边坡填土在不同压实系数下路基土的材料计算参数如表1所示, 其中η=0192所列计算参数系设计及施工应达到的数值, η为边坡填土压实系数。对于接触面单元的法向劲度系数k n , 由于接触面法向在这里处于受压状态, 故取一个极大值10
10
113 荷载模型
铁路路堤结构, 除自重以外, 还要承受轨道结构及列车荷载的作用。轨道结构及列车荷载按现行规范规定来简化, 即将列车荷载等效成一定高度的土柱。114 强度发挥系数
对于遵从摩尔-库仑屈服准则的材料, 综合反映强度发展水平的一个指标在这里用强度发挥系数来表示, 如式(2) :
土 木 工 程 学 报・86・2005年
kN Πm , 切向劲度系数k s 取10kN Πm 。
333
图3 路堤单元划分示意图
Fig 13 E lement plot of emb ankment slope
表1 路基土材料计算参数
T able 1 P arameters of roadbed soil
压实系数η
0195
材料类型基床路堤内部边坡浅层基床
弹性模量泊松比内摩擦角黏聚力
(MPa ) [1**********]463
重度
kN Π) [***********][***********][***********]2
μ
[***********][***********]50135
(°) [***********][***********][1**********]72
(kPa ) [***********][***********]4
0192路堤内部边坡浅层基床
0187路堤内部边坡浅层基床
0182路堤内部边坡浅层
213 计算结果分析
21311 边坡压实度对浅层土体稳定性的影响
从压实黄土强度特性研究结果看, 土体密实度在很大程度上影响土体抗剪强度, 进而影响地基承载力及土坡稳定性。土体密实度低的压实黄土其水稳定性很差, 即与非饱和压实黄土相比, 压实度低的饱和黄土其抗剪强度降低幅度很大。图4分别给出了仅由压实黄土填筑的未加筋路堤边坡有限元分析得出的边坡土体强度发挥系数计算结果。
对于η=0195的路堤边坡, 浅层土体强度发挥系数为014鶫015; 对于η=0192的路堤边坡, 浅层土体强度发挥系数为015鶫019; 这两种情况下(η≥0192) , 边坡浅层土体强度发挥系数均小于110, 说明降雨入渗使压实黄土边坡浅层土体达到饱和状态时, 边坡浅层仍然是稳定的, 不会发生浅层土体溜坍、下滑等问题。
对于η=0187的压实黄土路堤边坡, 浅层饱和黄
[1]
图4 未加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 14 I ntensity exertion factors of nonreinforced emb ankment slope
土强度发挥系数为019鶫113; η=0182时, 浅层饱和
黄土强度发挥系数为019鶫115; 这两种情况下(η≤0187) , 边坡浅层土体强度发挥系数已大于110, 说明在降雨入渗使压实黄土边坡浅层土体达到饱和状态时, 边坡浅层土体会发生下滑、溜坍等失稳现象, 使路基结构遭到破坏。
根据上述分析计算结果及黄土地区工程实践经
第38卷 第11期杨有海等・黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用・87・
验, 在新线建设中, 应对黄土路堤边坡进行坡面防护, 以提高其防洪能力; 对于既有线路, 若边坡压实系数η≤0187, 应增设防护、加固措施。21312 加筋对浅层土体稳定性影响
图5分别给出加筋长度L =2m , 加筋竖向间距
η=0182两种d =110m 时, 边坡压实系数η=0187、
情况下的有限元分析结果。从中可以明显看出, 当设置加筋之后, 加筋的存在改变了浅层土体应力分布状态, 提高了土体抗剪强度, 增强了边坡土体整体性,
η=0187时, 浅层土体进而提高了浅层土体稳定性。
最大强度发挥系数为016鶫017; η=0182时, 浅层土体最大强度发挥系数为017鶫018。说明这两种路堤边坡浅层土体在设置短加筋加固之后, 显著提高了其抗滑稳定性, 路堤防洪能力大大增强了。
图6 加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 16 I ntensity exertion factors of reinforced emb ankment slope
图5 加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 15 I ntensity exertion factors of reinforced emb ankment slope
21313 加筋间距对路堤边坡浅层土体稳定性影响分析
η=0182, 加筋长度L =图6中给出了η=0187、
2m , 加筋竖向间距d =015m 时的边坡浅层土体强度
发挥系数, 通过与图5比较可以发现, 对于同一点位来说, 加筋间距小时其强度发挥系数也小, 说明加筋间距小的, 其对边坡浅层土体加固作用较强。21314 加筋长度对路堤边坡浅层土体稳定性影响分析
图7 加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 17 I ntensity exertion factors of reinforced emb ankment slope
图7
中给出了η=0187
, η=0182, 加筋长度L =115m , 加筋竖向间距d =015m 时路堤边坡浅层土体
强度发挥系数, 通过与图6相比, 可以看出, 当增长
加筋长度时, 相应的加筋加固、影响深度会相应增
加, 对增强路堤边坡稳定性是有利的。根据理论分析
土 木 工 程 学 报・88・2005年
及工程实践经验, 一般情况下, 为了增强路堤边坡浅层土体稳定性或为了提高浅层土体压实效果, 加筋长度可选115鶫210m 即可。214 工程应用情况
施, 以增强其防洪能力, 保证雨季路基结构不致破坏
而影响运输安全正常进行。
(2) 在黄土路堤边坡上设置短加筋之后, 可以改变浅层土体应力状态, 提高土体抗剪强度, 增加浅层土体整体性和抗滑稳定性。设置了短加筋之后, 路基边坡浅层土体强度发挥系数大幅度下降, 说明设置短加筋对治理路堤边坡浅层土体溜坍、下滑十分有利, 有限元分析及工程实践均证明了这一点。
(3) 加筋长度、加筋间距对路堤边坡浅层土体强度发挥系数有影响。实际工程中, 可选加筋长度在115鶫210m 之间, 加筋间距在015鶫110m 之间, 即可满足需要。
参 考 文 献
[1] , 对1999年7月宝中铁路K 188+425鶫K 188+500
段路基边坡水毁工程复旧中采用了土工格栅短加筋边坡进行加固处理之后, 2002年8月在平凉地区一次降暴雨中, 该工点附近原来未设防护措施的路堤边坡又发生了严重溜坍, 而这段土工格栅短加筋路堤边坡完好无损, 证明其加固效果良好, 与坡面植被一起发挥作用, 显著提高了路基防洪能力。
3 结 论
通过有限元分析及工程实践应用, 对土工格栅短加筋路堤边坡研究可以得出如下几点结论:
(1) 黄土路堤边坡应该设置防护加固措施。对于压实系数较高的路堤边坡(η≥0192) , 在降雨时, 浅层土体不会发生溜坍、下滑问题, 产生冲蚀。≤0187) , , , 因此, 应设置防护、加固措
程学院 E 2mail :yangyh @mail 1LZ J T U 1cn
苏在朝 高级工程师。主要从事路基工程研究工作。夏 琼 硕士, 讲师。主要从事路基工程教学、科研工作。
]., 2003, 22(3) :38-41
[2 -[S]] J J -公路土工合成材料应用技术规范[S]B50290-98土工合成材料应用技术规范[S]
[5] 潘昌实. 隧道力学数值方法[M].北京:中国铁道出
版社, 1995
[6] 何光春. 加筋土工程设计与施工[M].北京:人民交
通出版社, 2000:34-99
杨有海 硕士, 教授。主要从事岩土工程、路基工程研究。通讯地址:730070 兰州市安宁西路88号兰州交通大学土木工
(上接第20页)
[6] Brad ford M A , Johns on R P. Inelastic buckling of composite
bridge girders near internal supports [J].Proc. Instn. Civ.
Engrs. , London , Part 2, 1987, 83:143-159
[7] British S tandards Institution. C ode of practice for design of
steel bridge [S].BSI , London , 1982, BS5400:Part 3
陈世鸣 教授, 博士。主要从事钢—混凝土组合结构、钢纤维混凝土结构理论及应用研究。通讯地址:200092 上海市四平
路1239号同济大学结构工程与防灾研究所 E 2mail :chensm @mail 1tongji 1edu 1cn
孙森权 工程师, 硕士。张志斌 工程师, 硕士。
第38卷第11期 2005年11月
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黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用
杨有海 苏在朝 夏 琼
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(11兰州交通大学, 甘肃兰州730070; 21兰州铁路局, 甘肃兰州730000)
摘要:土质路基边坡溜坍是道路工程中常见的一种病害现象。结合宝中铁路路基边坡防洪加固, 利用有限单元法分析了黄土路堤边坡的作用机理, 并结合实际工程进行了应用。关键词:黄土; 路堤; 边坡; 加筋; 稳定性中图分类号:T U413. 6+2 文献标识码:A 文章编号:10002131X (2005) 1120084205
MECHANISM AN D APP LICATION OF SH ORT REINFORCEMENT UN DER SUPERFICIA L
LAYERS OF LOESS EMBANK MENT SLOPE
Yang Youhai Su Zaichao Xia 1
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(11Lanzhou Jiaotong University , Lanzhou 730070, China ; 730000, China ) Abstract :Slope collapse of s oil roadbeds is a comm on with flood prevention rein forcement of road 2bed slope in Baozhong Railway , the of loess forced slope is analyzed by using the finite element method , and engineering is K eyw ords :; ; rein forcement ; stability
路堤边坡水毁工程的复旧中, 利用土工格栅加固路堤
引 言
在我国西北、华北地区, 经常需要用黄土填筑铁路、公路路堤。在这些年降雨量少的干旱地区, 土壤湿度较小, 常处于干燥状态, 因而用以粉土颗粒含量较多的黄土填筑路堤时, 由于其天然含水量小, 所以路基尤其是路堤边坡处难以压实达到较高的密实度; 填土渗透性也较大; 由于干旱缺水, 地面植被也稀少。压实黄土的水稳定性很差, 尤其是在密实度较低
[1]
情况下更加突出。尽管西北地区年降雨量较小, 但在夏秋季往往会降大到暴雨。雨水在路基面及边坡坡面处很快下渗, 使路堤边坡浅层填土达到饱和状态, 其强度、承载力大幅度降低, 边坡浅层土体稳定性下降, 出现下滑、溜坍等病害, 影响运输生产正常进行, 危及行车安全。
土质路堤边坡浅层溜坍是路基工程中常见的一种病害, 尤其在新建铁路、公路中, 若边坡防护不力, 在雨季遭受大到暴雨侵袭, 或连续几天处于阴雨天气时就会发生。
结合宝中铁路1999年7月遭受暴雨袭击后造成
收稿日期:2004202217
铁道部科技研究开发项目(99G 38)
边坡浅层土体而开展的一项研究工作。
土工合成材料以其优良的性能和应用上的简便性在土木工程中使用越来越多。其中一个主要用途是利用土工格栅、土工格室等加固软土地基、修筑加筋土挡墙、加固陡坡工程中的土体等。加筋土边坡有长加筋、短加筋之分, 长加筋可以提供较大的锚固抗拔力, 解决土坡深层抗滑稳定性, 现行的各种应用技术规范
[2-4]
为设计提供了分析计算方法。短加筋边坡主要
用于治理浅层溜坍, 加强边坡防护, 其作用机理还不十分清楚。通过有限单元法分析计算, 比较了不同压实系数下各自强度发挥系数, 研究短加筋边坡作用机理, 并通过实际工程使用验证其防护加固效果。
1 分析模型
111 路基土模型
对于路堤结构, 由于长度方向上可以看成是无限长, 即认为沿长度方向上的变形为零, 也就是εz =0。所以可近似地按二维平面应变问题来处理路堤结构。又由于土体具有明显的流变特性和非线性塑性, 在实际分析中采用弹塑性本构关系, 屈服函数采用摩尔-库仑屈服准则, 即屈服函数为
[5]
:
第38卷 第11期杨有海等・黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用・85・
f =p sin φ+
(cos θ-
sin θsin φ) -c cos φ(1) J ′2
SM F =
σ1-σ3
φ2c cos φ+|σ1+σ3|sin
(2)
p =J 1Π3q =
σ式中:σ1、3分别为所论高斯点的最大和最小主应φ分别为材料的黏聚力和内摩擦角。力; c 、
当SMF ≥1时, 即认为所论高斯点已进入塑性状态。
θ=arcsin -3Π2
32×(J ′2)
J 1=σ1+σ2+σ3
2222
(σJ ′′′′2=x +σy +σz ) +τxy 2
22σ) J ′′′3=σz (z -J ′
2 计算结果及分析
211 分析对象及工程实例
式中:θ为Lode 角; J 1、J ′2、J ′3分别为第一主应力不变量、第二偏应力不变量和第三偏应力不变量; c
为填土黏聚力; φ为土体的内摩擦角。
硬化规律采用应变硬化模型, 其中为了简化计算, 将硬化参数按常数处理, 作为材料的一种物性参数输入。对于流动准则, 岩土材料一般不遵从关联流动法则, 但目前尚不能有根据地确定塑性势函数, , 故在这里仍采用关联流动法则。112 接触面单元
。在用有限元分析时, , 必须予以特别注意。因为结构(筋材) 的材料性能与周围土体性质相差较大, 在一定的受力条件下有可能在其接触面上产生错动滑移、脱离接触以及周期性的闭合和张
开。为了比较真实地反映接触面性态, 应采用特殊的接触面单元。本文采用G oodman 提出的岩石节理单元
[6]
(图1) 。作接触面单元
宝中铁路于1995年建成通车, 在建设期间, 沿
线大部分地区一直处于干旱、少雨、缺水状况, 给路基填土压实、。1999年7月13日, 平凉地区24h 9412mm , 形成暴雨。K 188段共75m 长的, 。在当年水毁工程, DG 80土工格栅, 25kN Πm , 加筋长度, 竖向层间距1m 和015m (图2) 。
图2 宝中铁路土工格栅加筋边坡
Fig 12 R ail w ay slope reinforced by georid
图1 接触面单元编号示意图
Fig 11 Numbering of interface element
针对该工点, 利用有限元法, 分析短加筋边坡加
固机理, 并结合实际工程研究其加固效果。212 计算参数选取
对短加筋和不加筋路堤边坡进行了对比分析, 土工格栅水平铺设在边坡填土中。取路堤结构一半进行分析。路堤高度为616m , 边坡坡度为1∶115, 路基面宽度为617m , 地基计算深度为10m , 计算宽度取23125m , 模型的网格划分如图3所示。计算中考虑路基面以下及边坡浅层已处于饱和状态, 因此, 在材料参数选取上与路堤内部加以区别。按照室内试验资料并结合现场实际, 边坡填土在不同压实系数下路基土的材料计算参数如表1所示, 其中η=0192所列计算参数系设计及施工应达到的数值, η为边坡填土压实系数。对于接触面单元的法向劲度系数k n , 由于接触面法向在这里处于受压状态, 故取一个极大值10
10
113 荷载模型
铁路路堤结构, 除自重以外, 还要承受轨道结构及列车荷载的作用。轨道结构及列车荷载按现行规范规定来简化, 即将列车荷载等效成一定高度的土柱。114 强度发挥系数
对于遵从摩尔-库仑屈服准则的材料, 综合反映强度发展水平的一个指标在这里用强度发挥系数来表示, 如式(2) :
土 木 工 程 学 报・86・2005年
kN Πm , 切向劲度系数k s 取10kN Πm 。
333
图3 路堤单元划分示意图
Fig 13 E lement plot of emb ankment slope
表1 路基土材料计算参数
T able 1 P arameters of roadbed soil
压实系数η
0195
材料类型基床路堤内部边坡浅层基床
弹性模量泊松比内摩擦角黏聚力
(MPa ) [1**********]463
重度
kN Π) [***********][***********][***********]2
μ
[***********][***********]50135
(°) [***********][***********][1**********]72
(kPa ) [***********][***********]4
0192路堤内部边坡浅层基床
0187路堤内部边坡浅层基床
0182路堤内部边坡浅层
213 计算结果分析
21311 边坡压实度对浅层土体稳定性的影响
从压实黄土强度特性研究结果看, 土体密实度在很大程度上影响土体抗剪强度, 进而影响地基承载力及土坡稳定性。土体密实度低的压实黄土其水稳定性很差, 即与非饱和压实黄土相比, 压实度低的饱和黄土其抗剪强度降低幅度很大。图4分别给出了仅由压实黄土填筑的未加筋路堤边坡有限元分析得出的边坡土体强度发挥系数计算结果。
对于η=0195的路堤边坡, 浅层土体强度发挥系数为014鶫015; 对于η=0192的路堤边坡, 浅层土体强度发挥系数为015鶫019; 这两种情况下(η≥0192) , 边坡浅层土体强度发挥系数均小于110, 说明降雨入渗使压实黄土边坡浅层土体达到饱和状态时, 边坡浅层仍然是稳定的, 不会发生浅层土体溜坍、下滑等问题。
对于η=0187的压实黄土路堤边坡, 浅层饱和黄
[1]
图4 未加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 14 I ntensity exertion factors of nonreinforced emb ankment slope
土强度发挥系数为019鶫113; η=0182时, 浅层饱和
黄土强度发挥系数为019鶫115; 这两种情况下(η≤0187) , 边坡浅层土体强度发挥系数已大于110, 说明在降雨入渗使压实黄土边坡浅层土体达到饱和状态时, 边坡浅层土体会发生下滑、溜坍等失稳现象, 使路基结构遭到破坏。
根据上述分析计算结果及黄土地区工程实践经
第38卷 第11期杨有海等・黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用・87・
验, 在新线建设中, 应对黄土路堤边坡进行坡面防护, 以提高其防洪能力; 对于既有线路, 若边坡压实系数η≤0187, 应增设防护、加固措施。21312 加筋对浅层土体稳定性影响
图5分别给出加筋长度L =2m , 加筋竖向间距
η=0182两种d =110m 时, 边坡压实系数η=0187、
情况下的有限元分析结果。从中可以明显看出, 当设置加筋之后, 加筋的存在改变了浅层土体应力分布状态, 提高了土体抗剪强度, 增强了边坡土体整体性,
η=0187时, 浅层土体进而提高了浅层土体稳定性。
最大强度发挥系数为016鶫017; η=0182时, 浅层土体最大强度发挥系数为017鶫018。说明这两种路堤边坡浅层土体在设置短加筋加固之后, 显著提高了其抗滑稳定性, 路堤防洪能力大大增强了。
图6 加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 16 I ntensity exertion factors of reinforced emb ankment slope
图5 加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 15 I ntensity exertion factors of reinforced emb ankment slope
21313 加筋间距对路堤边坡浅层土体稳定性影响分析
η=0182, 加筋长度L =图6中给出了η=0187、
2m , 加筋竖向间距d =015m 时的边坡浅层土体强度
发挥系数, 通过与图5比较可以发现, 对于同一点位来说, 加筋间距小时其强度发挥系数也小, 说明加筋间距小的, 其对边坡浅层土体加固作用较强。21314 加筋长度对路堤边坡浅层土体稳定性影响分析
图7 加筋路堤边坡强度发挥系数
Fig 17 I ntensity exertion factors of reinforced emb ankment slope
图7
中给出了η=0187
, η=0182, 加筋长度L =115m , 加筋竖向间距d =015m 时路堤边坡浅层土体
强度发挥系数, 通过与图6相比, 可以看出, 当增长
加筋长度时, 相应的加筋加固、影响深度会相应增
加, 对增强路堤边坡稳定性是有利的。根据理论分析
土 木 工 程 学 报・88・2005年
及工程实践经验, 一般情况下, 为了增强路堤边坡浅层土体稳定性或为了提高浅层土体压实效果, 加筋长度可选115鶫210m 即可。214 工程应用情况
施, 以增强其防洪能力, 保证雨季路基结构不致破坏
而影响运输安全正常进行。
(2) 在黄土路堤边坡上设置短加筋之后, 可以改变浅层土体应力状态, 提高土体抗剪强度, 增加浅层土体整体性和抗滑稳定性。设置了短加筋之后, 路基边坡浅层土体强度发挥系数大幅度下降, 说明设置短加筋对治理路堤边坡浅层土体溜坍、下滑十分有利, 有限元分析及工程实践均证明了这一点。
(3) 加筋长度、加筋间距对路堤边坡浅层土体强度发挥系数有影响。实际工程中, 可选加筋长度在115鶫210m 之间, 加筋间距在015鶫110m 之间, 即可满足需要。
参 考 文 献
[1] , 对1999年7月宝中铁路K 188+425鶫K 188+500
段路基边坡水毁工程复旧中采用了土工格栅短加筋边坡进行加固处理之后, 2002年8月在平凉地区一次降暴雨中, 该工点附近原来未设防护措施的路堤边坡又发生了严重溜坍, 而这段土工格栅短加筋路堤边坡完好无损, 证明其加固效果良好, 与坡面植被一起发挥作用, 显著提高了路基防洪能力。
3 结 论
通过有限元分析及工程实践应用, 对土工格栅短加筋路堤边坡研究可以得出如下几点结论:
(1) 黄土路堤边坡应该设置防护加固措施。对于压实系数较高的路堤边坡(η≥0192) , 在降雨时, 浅层土体不会发生溜坍、下滑问题, 产生冲蚀。≤0187) , , , 因此, 应设置防护、加固措
程学院 E 2mail :yangyh @mail 1LZ J T U 1cn
苏在朝 高级工程师。主要从事路基工程研究工作。夏 琼 硕士, 讲师。主要从事路基工程教学、科研工作。
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杨有海 硕士, 教授。主要从事岩土工程、路基工程研究。通讯地址:730070 兰州市安宁西路88号兰州交通大学土木工
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陈世鸣 教授, 博士。主要从事钢—混凝土组合结构、钢纤维混凝土结构理论及应用研究。通讯地址:200092 上海市四平
路1239号同济大学结构工程与防灾研究所 E 2mail :chensm @mail 1tongji 1edu 1cn
孙森权 工程师, 硕士。张志斌 工程师, 硕士。