而经系梁式桩网结构加固后，随着路基的逐层填筑，其安全系数逐渐增大，当填筑至第5层后，安全系数较高且相对保持稳定。此过程中，最小安全系数为Fs＝1.644，显然满足Fs≥1.45的规范要求，系梁式桩网结构加固对提高斜坡软弱地基路堤安全性方面效果显著。相比无处治措施，经系梁式桩网结构加固处治后，其路基顶面的最大沉降、差异沉降分别减小约88.7%、90.3%，系梁式桩网结构可显著削减斜坡软弱地基路堤的沉降及差异沉降。......
2023-10-03
斜坡软弱地基路堤稳定性研究成果
【摘要】：此处重点讨论软弱层竖向厚度d与沿路基纵向长度L改变时对斜坡软弱地基路堤稳定性的影响。图3-25FLAC3D分析模型图3-26给出了软弱层竖向厚度d为1 m，沿路基纵向长度L分别为20 m、100 m时FLAC3D计算获得的滑动面性态与2D强度折减法获得的滑动面性态的对比，其中2D强度折减分析计算采用加拿大的Phase2 V6.0进行。另外，鉴于水可软化路基，显著降低路基土的强度，在斜坡软弱地基路堤的设计施工中，应妥善处理好地表水、地下水等的防排水工作。
前文分析假定表面的斜坡软弱层沿着路基纵向无限延伸，而在实际工程中，表面斜坡软弱层沿着路基纵向长度是有限的（或可理解为常规斜坡地基与斜坡软弱地基纵向过渡），如将该问题粗糙简化为平面问题进行分析，势必造成过低估计安全系数，并导致潜在滑动面模式严重失真。故在文献[25]的基础上，本书运用强度折减法，对常规斜坡地基与斜坡软弱地基过渡时的潜在滑动面状况进行了探讨，计算分析选用美国的三维快速拉格朗日有限差分法程序FLAC3D V3.0。
计算分析模型见图3-25。其中路基顶面宽度为28 m，路堤中心线高度为5 m，路堤两侧边坡坡比均为1∶1.75，地层坡比为1∶5，路基纵向长度取100 m。注意到该节分析是针对公路斜坡软弱地基路基而言，路基顶面宽度值较大，达到了28 m。计算分析材料参数同表3-6所列（在准备数据文件时，尚需要根据公式将弹性模量、泊松比转化为体积模量与剪切模量）。此处重点讨论软弱层竖向厚度d与沿路基纵向长度L改变时对斜坡软弱地基路堤稳定性的影响。
图3-25 FLAC3D分析模型
图3-26给出了软弱层竖向厚度d为1 m，沿路基纵向长度L分别为20 m、100 m时FLAC3D计算获得的滑动面性态与2D强度折减法获得的滑动面性态的对比，其中2D强度折减分析计算采用加拿大的Phase2 V6.0进行。由该图可见：当软弱层沿路基纵向长度非通长存在，即沿路基纵向长度有限时，其破坏行为表现为局部的潜在滑动；而软弱层沿路基纵向长度通长存在时，则表现为整体滑动，此时3D计算结果与2D接近，因软弱层相对偏薄（或可视为路堤中心线高度与软弱层竖向厚度之比值，即高厚比相对较大），潜在滑动面表现为复式滑动面，路堤本体为圆弧状，地基内为折线状，滑动面大致与软弱层底部相切，未深入到下卧稳定地基内。
图3-26 潜在滑动面性态（软弱层厚度d＝1 m）
图3-27给出了软弱层竖向厚度d为9 m，沿路基纵向长度L分别为20 m、100 m时FLAC3D计算获得的滑动面性态与2D强度折减法获得的滑动面性态的对比，其中2D强度折减分析计算采用加拿大的Phase2 V6.0进行。同样由该图可见：当软弱层沿路基纵向长度非通长存在，即沿路基纵向长度有限时，其破坏行为表现为局部的潜在滑动；而软弱层沿路基纵向长度通长存在时，则表现为整体滑动，此时3D计算结果与2D接近。有趣的是，因软弱层相对偏厚（或可视为路堤中心线高度与软弱层竖向厚度之比值，即高厚比相对较小），与图3-26相比，潜在滑动面表现为圆弧状滑动面，路堤本体与软弱层内均为圆弧状，滑动面底部尚处于软弱层内，未深入到下卧稳定地基内。
图3-27 潜在滑动面性态（软弱层厚度d＝9 m）
图3-28、图3-29给出了分别利用FLAC3D V3.0、Phase2 V6.0进行计算所获得的安全系数Fs随软弱层沿路基纵向长度L及竖向厚度d而变化的趋势。由该图可知：3D强度折减获得的安全系数Fs明显大于2D强度折减所获得的安全系数Fs，尤其是当软弱层竖向厚度偏薄时表现得更显著，这是因为2D计算时忽略了软弱层沿路基纵向长度的有限性，夸大了软弱层的效果；随着软弱层沿路基纵向长度的增加，安全系数Fs降低，且接近于2D计算结果；随着软弱层竖向厚度的增加，安全系数Fs降低，在软弱层厚度偏薄时降低趋势更明显，当软弱层沿路基纵向长度增加时，降低趋势表现得稍平缓；对应于某固定的软弱层竖向厚度，随着软弱层沿路基纵向长度的增加，安全系数Fs整体表现为降低，但降低趋势是先急后缓再急。
图3-28 安全系数-软弱层沿路基纵向长度曲线
图3-29 安全系数-软弱层竖向厚度曲线
表3-7、图3-30、图3-31进一步给出了当软弱层沿路基纵向长度L为20 m时，在不同软弱层竖向厚度条件下，3D模型与2D模型所获得的安全系数的比较。可见，当软弱层沿路基纵向长度有限时，3D模型与2D模型安全系数的最大差异达到了0.57（此时软弱层沿路基纵向长度占路基全长的20%），十分可观。随着软弱层竖向厚度的增加，两种模型之间安全系数差异变得相对平缓。当然，当软弱层纵向长度非常有限时，可按常规斜坡地基路堤考虑。这个结论也表明，在实际工程中，应高度重视地质勘察工作，尽量明确斜坡软弱层的分布情况（如厚度、范围、尖灭度等），从而有效指导设计施工等。另外，鉴于水可软化路基，显著降低路基土的强度，在斜坡软弱地基路堤的设计施工中，应妥善处理好地表水、地下水等的防排水工作。
表3-7 3D模型与2D模型安全系数比较
图3-30 两种模型所获得的安全系数随软弱层竖向厚度d而变化
图3-31 3D与2D模型安全系数差值随软弱层竖向厚度d而变化
当然，还需要强调的是，尽管3D剪切强度折减法相对2D剪切强度折减法来看，能提供更真实的安全系数和潜在滑动面性态，2D计算与3D计算所获得的安全系数的差异显然也可作为安全储备，但3D计算耗费时间急剧增加，尤其是当模型复杂、网格数量较大时体现得更明显（滑动面性态、安全系数与网格疏密、模型范围、单元类型、边界条件、本构模式等具有一定的依赖关系，实际应用中应高度重视，谨慎处理），FLAC3D产生的结果数据文件（*.sav文件）占用计算机硬盘的空间也相应增大，分析对计算机硬件平台的要求较高。故对于一般工程，在计算机时和计算机硬件平台相对有困难的情况下，仍可选择某个或某几个重点断面进行2D计算分析。
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2023-10-03
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2023-10-03
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