本书具有如下特色：从研究对象和内容上看，本书密切结合我国具有鲜明地域特征的西南山区斜坡软弱地基，从科学修建路堤工程的技术需求出发，阐述了斜坡软土的工程特性，探讨了斜坡软弱地基路堤稳定性、变形的复杂性与特殊性，初步构建了强度与刚度并重、稳定性与变形兼顾的双指标设计体系，明确了典型工程对策的处治效果及机理。......
2023-10-03
斜坡软弱地基路堤力学行为及工程对策分析
【摘要】：普通斜坡地基、斜坡软弱地基路堤顶面竖向位移不再呈对称分布，在下坡脚一侧达到最大，其值分别为21.5 mm和92.0 mm，后者是前者的4.3倍；差异沉降分别为3.3 mm和23.0 mm，后者是前者的7.0倍。
4.2.2.1 路堤坡脚处地基沿深度方向的侧向位移
图4-2为4种工况下，水平路堤左坡脚处和斜坡路堤下坡脚处地基沿深度方向的侧向位移分布曲线。分析该图，可发现：普通水平地基、普通斜坡地基两种工况下地基侧向位移变化趋势相似，其值接近，且在整个地基范围内均甚微，可忽略不计；水平软弱地基、斜坡软弱地基两种工况下地基侧向位移变化趋势相似，在下卧刚硬层内甚微，在表层软弱层底发生突变，在表层软弱层表面达到最大，其值分别为75.8 mm、22.3 mm，远大于普通水平地基和普通斜坡地基。这说明表层软弱层的存在大大加剧了地基的侧向位移。对比斜坡软弱地基和水平软弱地基，前者最大侧向位移是后者的3.4倍，而普通斜坡地基最大侧向位移仅为普通水平地基的1.1倍，同时水平软弱地基与普通水平地基相比，斜坡软弱地基与普通斜坡地基相比，地基的侧向位移最大值分别放大了26.6倍和80.9倍。这表明斜坡软弱地基并不能被粗糙地看成斜坡地基和软弱地基的等权重线性叠加。在本节所给定的计算条件下，表层软弱层对地基侧向位移的影响更大，如同时存在地面横坡，则可进一步加剧表层软弱层的侧向位移。在工程的设计和施工时，应采用相应的工程措施进行表层软弱层加固，如地层较陡，则还需采用诸如锚固桩等侧向约束，从而有效抑制地基，尤其是表层软弱层的侧向位移，保证工程安全。
图4-2 路堤坡脚处地基沿深度方向的侧向位移
4.2.2.2 路堤顶面、地基顶面及表层软弱层底面竖向位移
图4-3为4种工况下，路堤顶面沿路堤横断面宽度方向竖向位移分布曲线。分析该图，可见：普通水平地基、水平软弱地基路堤顶面竖向位移对称分布，在路堤中心线处达到最大，最大值分别为19.8 mm和69.2 mm，后者是前者的3.5倍；差异沉降（路堤顶面竖向位移的最大值与最小值之差）分别为1.7 mm和6.0 mm，后者是前者的3.5倍。普通斜坡地基、斜坡软弱地基路堤顶面竖向位移不再呈对称分布，在下坡脚一侧达到最大，其值分别为21.5 mm和92.0 mm，后者是前者的4.3倍；差异沉降分别为3.3 mm和23.0 mm，后者是前者的7.0倍。可见表层软弱层的存在加剧了路堤顶面的竖向变形。同时，普通水平地基同普通斜坡地基相比，水平软弱地基同斜坡软弱地基相比，路堤顶面竖向位移最大值后者分别是前者的1.09倍和1.33倍，差异沉降后者分别为前者的1.9倍和3.8倍，可见地面横坡的存在加剧了路堤顶面的竖向变形，特别是在存在表层软弱层的情况下。这也再次表明斜坡软弱地基并不能被简单地看成斜坡地基和软弱地基的等权重线性叠加。
图4-3 路堤顶面竖向位移
图4-4为4种工况下，地基顶面、表层软弱层底面竖向位移沿地基宽度方向分布曲线。分析该图，可见：普通水平地基、水平软弱地基顶面竖向位移对称分布，在路堤中心线处达到最大，其值分别为6.7 mm和49.4 mm，后者是前者的7.4倍；普通斜坡地基、斜坡软弱地基顶面竖向位移不再对称分布，在下坡脚一侧达到最大，其值分别为8.1 mm和64.4 mm，后者是前者的8.0倍。普通水平地基同普通斜坡地基相比，水平软弱地基同斜坡软弱地基相比，后者分别是前者的1.2倍和1.3倍。这又一次证明斜坡软弱地基并非是斜坡地基和软弱地基的等权重线性叠加。在路堤坡脚处，水平软弱地基、斜坡软弱地基顶面竖向变形与普通水平地基、普通斜坡地基不同，在路堤坡脚处向上拱起。水平软弱地基两侧坡脚处的拱起为对称分布，斜坡软弱地基在下坡脚处的拱起大于上坡脚处的拱起，两种工况的最大值分别为2.4 mm和12.3 mm，后者是前者的5.2倍。斜坡软弱地基和水平软弱地基表层软弱层底面竖向位移最大值分别为7.3 mm和5.7 mm，地基在路堤荷载作用下产生的压密沉降显然主要集中于表层软弱层。
图4-4 地基顶面及表层软弱层底面竖向位移
可见：表层软弱层的存在，加剧了路堤顶面、地基顶面竖向变形；地面横坡的存在，进一步放大了路堤顶面、地基顶面竖向变形。因此，在实际设计与施工时，需采取必要的表层软弱层的加固措施，如水泥土搅拌法加固斜坡软弱地基[6，7]，以限制竖向变形过大。
4.2.2.3 稳定安全系数随分步填筑过程的变化
图4-5给出了利用剪切强度折减法所获得的4种工况条件下稳定安全系数sF随路堤分层填筑的变化情况。
分析该图，可发现，随着填筑步数的增加，即路堤填筑高度的增加，4种工况下的稳定安全系数均表现为递减趋势，且填筑初期，稳定安全系数降低趋势更明显，填筑后期，降低趋势变得相对平缓。存在表层软弱层的时候，稳定安全系数明显低于无表层软弱层的工况，如路堤填筑完毕后，斜坡软弱地基、水平软弱地基两种工况的sF分别为1.044和1.260，普通斜坡地基、普通水平地基两种工况的sF分别为2.015和2.226，前两者比后两者分别降低了48.2%和43.4%；而在存在地面横坡的前提下，斜坡软弱地基、斜坡地基两种工况的Fs分别比水平软弱地基、水平地基降低了17.14%和9.47%。这充分说明地面横坡、表层软弱层对路堤结构稳定安全性均具有重要影响，但表层软弱层的存在更能严重制约路堤结构的稳定安全性，需给予更多重视。在实际设计中，可采取类似碎石桩、粉喷桩等强化表层软弱层的工程措施，以提高路堤结构的稳定安全性。
图4-5 稳定安全系数随填筑步数变化曲线
4.2.2.4 潜在滑移面
图4-6给出了路堤填筑完毕后，利用剪切强度折减法所获得的4种工况条件下潜在滑移面的形态情况，其中左列为增量位移的云图显示，右列为增量位移的矢量图显示。
图4-6 潜在滑移面形态（左侧为云图表示，右侧为矢量图表示）
分析该图，可发现，由于地面横坡出现，改变了路堤结构的对称性，潜在滑移面由普通水平地基、水平软弱地基的完全对称性分布向普通斜坡地基、斜坡软弱地基单一的沿地面横坡方向分布改变。无表层软弱层的时候，普通水平地基、普通斜坡地基均表现为通过坡脚的路基本体类圆弧状滑动；在存在表层软弱层的情况下，水平软弱地基、斜坡软弱地基均表现为复式滑动，即路基本体内为类圆弧状，表层软弱层内为折线状，且滑移面大致下切于表层软弱层的底部。滑移面的形状与表层软弱层的厚度（或路堤高度与表层软弱层厚度之比，即高厚比）有直接关系，当表层软弱层厚度偏大时，潜在滑移面为切入表层软弱层中的类圆弧状（不会与表层软弱层底相切），文献[8]亦曾获得了该结论。在实际设计施工中，应注意根据表层软弱层的厚度，确定下坡脚锚固桩的合理埋设深度，或复合地基方案应处理的范围等。
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2023-10-03
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