以上所开展的地基变形耦合关系分析，对斜坡软弱地基路堤工程对策选择具有指导意义。......
2023-10-03
斜坡软弱地基路堤的力学行为研究及验证
【摘要】：关于土工离心模型试验模型材料、加载历程及测点布置等更详细的介绍见文献[5]，此处不再赘述。图4-7给出了根据土工离心模型试验成果绘制的路堤下坡脚处地基沿深度方向的侧向位移分布曲线。图4-8离心模型试验获得的地基顶面及表层软弱层底面竖向位移图4-9给出了两种工况下土工离心模型试验前后的对比照片。
此处，参考渝怀铁路斜坡软弱地基路堤离心模型试验相关试验数据[5，9，10]，以验证本节数值模拟成果，包括水平软弱地基和斜坡软弱地基两种工况，且均考虑为全断面。其中，单线铁路斜坡软弱地基路堤地面横坡坡比为1∶10，路堤顶面宽7.5 m，路堤中心线填高8 m，路堤边坡坡比为1∶1.5，软弱地基的厚度为6 m，模型率N＝80。关于土工离心模型试验模型材料、加载历程及测点布置等更详细的介绍见文献[5]，此处不再赘述。
图4-7给出了根据土工离心模型试验成果绘制的路堤下坡脚处地基沿深度方向的侧向位移分布曲线（注：已按模型率N＝80换算为原型，下同）。可见，水平软弱地基和斜坡软弱地基两种工况下，地基的侧向位移主要发生于表层软弱层，路堤坡脚处地基的侧向位移均在表层软弱层表面达到最大，并随深度衰减，且斜坡软弱地基的侧向位移远大于水平软弱地基，此规律与前文数值计算结果是一致的。但数值有所差异，主要原因有二：一是离心模型试验所取表层软弱层厚度为6 m，而数值模拟设定为3 m；二是离心模型试验路堤模型材料以重度20.5 kN/m3进行控制，而数值模拟假定为19 kN/m3。
图4-7 离心模型试验获得的路堤坡脚处地基沿深度方向的侧向位移
图4-8为根据土工离心模型试验成果绘制的地基顶面、表层软弱层底面竖向位移沿地基宽度方向分布曲线。与水平软弱地基相比，斜坡软弱地基竖向沉降沿路堤中心线对称性丧失，最大竖向位移发生位置由路堤中心线向下坡脚方向转移，软弱地基顶面的竖向位移大于底面，且斜坡软弱层的压缩沉降（即软弱地基顶面、底面竖向位移之差）大于水平软弱层。这些规律均与数值计算结果良好吻合。
图4-8 离心模型试验获得的地基顶面及表层软弱层底面竖向位移
图4-9给出了两种工况下土工离心模型试验前后的对比照片。由图可看出：水平软弱地基变形相对较小，呈对称状且未见明显破坏。而斜坡软弱地基变形显著，软弱地基发生较大的压缩沉降，且沉降主要集中在路堤中心线左侧，下坡脚隆起；在下坡脚一侧，软弱地基沿深度方向侧向位移明显，且随深度的增加，侧向位移逐渐减小；在软弱地基内出现滑移面，表明其发生剪切破坏，滑移面呈圆弧状，且整个滑移面完全位于软弱地基内［图3-33（a）中白色弧线］。需要特别指出的是，离心模型试验所获得的滑移面未与表层软弱层底相切，与前文数值计算结果有所出入，这主要是因为表层软弱层厚度不同。这也进一步印证了在给定的路堤填高、地面横坡的前提下，斜坡软弱层的厚度将直接影响潜在滑移面的形态。
图4-9 两种工况下土工离心模型试验前后变形对比[5]（注：图中网格状部分为表层软弱层）
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