山區(qū)半填半挖路基的沉降變形分析

張 穎

(江西財經(jīng)職業(yè)學(xué)院基建處，江西 九江 332000)

山區(qū)半填半挖路基的沉降變形分析

張 穎

(江西財經(jīng)職業(yè)學(xué)院基建處，江西 九江 332000)

通過數(shù)值計算軟件，分析了不同填方高度下，半填半挖路基的沉降問題，結(jié)果表明：基巖路基幾乎不會產(chǎn)生沉降，而對于填方路基，同一橫截面處距離基巖越遠(yuǎn)沉降值越大；填土高度越大沉降值越大，同時固結(jié)沉降在經(jīng)過一段時間后沉降值趨于穩(wěn)定。

半填半挖路基，數(shù)值計算，沉降變形，固結(jié)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高速公路建設(shè)已經(jīng)延伸到地質(zhì)條件相對復(fù)雜的山區(qū)地帶。在山區(qū)地帶修建高速不可避免的會出現(xiàn)半填半挖路基，而此類路基的不均勻沉降問題嚴(yán)重影響行車安全，已經(jīng)引起國內(nèi)外專家的高度重視。目前，部分學(xué)者已經(jīng)對路基的沉降問題做了相關(guān)的研究。

如：劉宏等[1]以東南地區(qū)某高速公路為工程背景，研究了高填方地基的變形特性，指出高填方路基的沉降變形主要發(fā)生在施工完成后的早期。

卿篤千等[2]以實際工程的路基沉降資料為背景，研究了半填半挖路基沉降變形與路基填土特性的關(guān)系。

曹喜仁等[3]對粗粒土路基進(jìn)行了沉降分析與計算，并借助現(xiàn)場的監(jiān)測設(shè)備對沉降值進(jìn)行了對比，提出粗粒土工后沉降的計算方法。

翁興中等根據(jù)不同填方路基的高度下，路基的沉降特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)[4]。

上述研究成果表明，針對山區(qū)半填半挖路基的沉降研究較少。由于山區(qū)地形復(fù)雜，在同一橫斷面上填土厚度差距比較大，路基的不均勻變形顯得尤為的嚴(yán)重。因此本文針對益婁高速某段半填半挖路基為研究對象，探討不同填方高度對路基沉降的影響，本文研究成果對半填半挖路基的沉降控制具有一定的指導(dǎo)意義。

1 理論依據(jù)

路基的沉降變形，可以認(rèn)為是一個彈性變形與塑性變形的過程。根據(jù)以往粗粒土力學(xué)特性分析結(jié)果可知，該類土體在一般應(yīng)力狀態(tài)下就可能發(fā)生屈服，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系是非線性，因此本文采用非線性彈性分析的數(shù)學(xué)模型K-G模型。

土的總應(yīng)變dε等于剪應(yīng)變dεs與體應(yīng)變dεv之和：

dε=dεs+dεv。

非線性彈性分析的理論基礎(chǔ)為彈性理論，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系用變形模量K，G來聯(lián)系這種關(guān)系由廣義虎克定律導(dǎo)出，即：

式中：Kt——體變模量； Gt——剪切模量； dp——體應(yīng)變與有效平均應(yīng)力； dq——廣義剪應(yīng)力。

2 模型建立與計算方案的確定

2.1 模型建立

根據(jù)益婁高速K47+000～ K47+080標(biāo)段內(nèi)，實際半填半挖路基的修筑情況，該區(qū)段內(nèi)邊坡的坡比為1∶1，填方路基的寬度為12.5 m，路基的總寬度為25 m，而填方高度H=4 m～8 m，在修筑過程中，將山坡一側(cè)的基巖進(jìn)行破碎處理，并填筑到路基的另外一側(cè)，而挖方一側(cè)原始基巖作為路基，計算模型如圖1所示。

據(jù)益婁高速K47+000～ K47+080標(biāo)段內(nèi)，路基粗粒土的相關(guān)室內(nèi)外試驗得出的相關(guān)數(shù)據(jù)，模型建立所需要的土體力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 土體力學(xué)參數(shù)

2.2 計算方案

為了研究不同填方高度下，半填半挖路基的固結(jié)沉降問題以及沉降的分布規(guī)律，同時根據(jù)益婁高速半填半挖路基的實際填方高度，確定計算方案。計算方案如下：將在計算軟件Geo-studio中的Sigma模塊中建立的填方路基的高度分別為4 m，6 m以及8 m，在模型建立完成后監(jiān)測200 d范圍內(nèi)的固結(jié)沉降變化。為了分析路基最大沉降點(diǎn)發(fā)生的位置，以道路內(nèi)側(cè)邊緣為原點(diǎn)，在路面建立多個監(jiān)測點(diǎn)，其中監(jiān)測點(diǎn)A位于距離原點(diǎn)22 m處。

3 計算結(jié)果分析

圖2為H分別取4 m,6 m,8 m，半填半挖路基固結(jié)時間為200 d時，路面不同監(jiān)測點(diǎn)的沉降值。從圖2中可以看出：基巖路基幾乎沒有沉降，而填方路基發(fā)生了較大的沉降；對于相同高度的填方

路基而言，距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的監(jiān)測點(diǎn)沉降值越大；在距離原點(diǎn)相同的位置，填方高度H越大，路基的沉降值越大。產(chǎn)生上述結(jié)果的原因是：對于這種半填半挖路基而言，一部分基巖直接作為路基，由于基巖整體性好，自身沒有裂隙發(fā)育不透水，所以基巖不會出現(xiàn)固結(jié)作用也就不會產(chǎn)生沉降；路基的沉降是由于自身的固結(jié)造成的，而固結(jié)作用的大小與填土的厚度有密切聯(lián)系，對于半填半挖路基而言距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)其填土的厚度就越大，固結(jié)的效果越明顯造成沉降值越大，同時填方高度增加，也會產(chǎn)生上述結(jié)果。

圖3為填方高度H=4 m,6 m,8 m時，監(jiān)測點(diǎn)A(距離原點(diǎn)22 m處)隨著時間變化的沉降值。在圖3中可以得到：在相同的填方高度下，監(jiān)測點(diǎn)A處的沉降值都是隨著時間的增長而變大；對于不同的填方高度，沉降值在前150天的增長速度較快，隨后沉降值增長較慢并趨于穩(wěn)定；相同的固結(jié)時間下，監(jiān)測點(diǎn)A處的沉降值隨著填方高度的增加而增加。通過對上述結(jié)果分析可得：填方路基鋪筑完成后，在土體固結(jié)的作用下產(chǎn)生沉降，而固結(jié)作用與時間以及填土高度有直接的關(guān)系，時間越長或者填土高度越大那么固結(jié)沉降值越大，當(dāng)然經(jīng)過較長的一段時間后，在土體固結(jié)作用下內(nèi)部應(yīng)力趨于平衡，這時沉降值就趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)語

通過本文的研究得到，半填半挖路基在其固結(jié)過程中，存在不均勻沉降問題。具體表現(xiàn)在：基巖路基幾乎不會產(chǎn)生沉降，而對于填方路基而言，相同的填土高度下，同一橫截面處距離基巖越遠(yuǎn)沉降值越大；填土高度越大沉降值越大，同時沉降值在前期增長較快，經(jīng)過一段時間后沉降值趨于穩(wěn)定。

[1] 劉 宏,張倬元,韓文喜.用離心模型試驗研究高填方地基沉降[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2003,38(3):323-326.

[2] 卿篤千,黃 慶,王桂堯.高路堤沉降穩(wěn)定問題的探討[J].公路與汽運(yùn),2003(1):37-38.

[3] 曹喜仁,鐘守濱,淤永和,等.高填石路堤工后沉降分析及工程算法探討[J].湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,29(6):112-117.

[4] 鄭 治.路堤自身壓縮的分層總和法[J].華東公路,1996(5):51-55.

Analysis on settlement deformation of cut-and-fill subgrade in mountainous area

Zhang Ying

(InfrastructureConstructionDepartment,JiangxiVocationalCollegeofFinanceandEconomics,Jiujiang332000,China)

This paper analyzed the settlement under different fill height of cut-and-fill subgrade by numerical calculation. The results show that bedrock subgrade almost no settlement, for the embankment the same cross section distance far greater bedrock subsidence; the higher the filling height is, the larger the settlement value is, at the same time, consolidation settlement tends to be stable after a period of time.

cut-and-fill subgrade， numerical calculation， settlement deformation， consolidation

1009-6825(2017)02-0155-02

2016-11-07

張 穎(1987- )，男，助理工程師

U416.1

A