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斜坡软弱地基路堤双指标设计系统的研究成果

【摘要】:斜坡软弱地基路堤仅通过设计阶段的稳定安全系数控制似无法保证实现稳定性最优设计。按照现行规程[8],为保证斜坡软弱地基路堤的安全设计和施工,需根据地层坡度大小相应提高稳定安全系数,预留一定安全储备,这意味着将Fs=1.0直线上移。

目前,国内铁路、公路行业,在设计阶段,针对陡坡路堤,均以基于强度理论的极限平衡法所获稳定安全系数作为唯一设计指标;针对软土地基路堤,则强调稳定验算(基于极限平衡法)与沉降计算(基于经典土力学理论)。在施工阶段,则关注动态设计和综合设计,并尝试以现场监测所获地基变形绝对值、变形速率等作为是否失稳的判断标准。斜坡软弱地基路堤仅通过设计阶段的稳定安全系数控制似无法保证实现稳定性最优设计。因斜坡软弱地基具有斜坡地基和软土地基的综合特征,故尝试在考虑变形的基础上,引入地基变形系数,修正已有的稳定安全系数,克服设计指标与施工控制指标存在的不足。

分别以地基变形系数K和稳定安全系数Fs为横、纵坐标,采用Fs=1.0和K=1.0这两个临界值按逆时针方向将该平面划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个区域,在前文基础上,将不同地面横坡、斜坡软弱层厚度、路堤高度计算得到的数据绘制成散点图,如图 5-8所示。

图5-8 不同计算工况下稳定安全系数与地基变形系数散点图

通过该散点图,即可获得某特定工程背景下斜坡软弱地基路堤变形和稳定性的对应分布关系。当散点位于Ⅱ区,尤其是该区域左上角时,从理论上讲路堤不会发生失稳破坏,且地基侧向变形偏小;当位于Ⅰ区时,尽管稳定安全系数Fs大于1.0,但地基变形系数K偏大,仍存在较高失稳破坏的风险,需采取相应的工程对策,观察并确保处理完成后散点位于Ⅱ区;当位于Ⅳ区时,路堤发生失稳破坏。因路堤稳定安全系数Fs小于1.0,但地基变形系数K小于1.0在现实生活中并不存在,故易推测Ⅲ区内并不分布散点。

按照现行规程[8],为保证斜坡软弱地基路堤的安全设计和施工,需根据地层坡度大小相应提高稳定安全系数,预留一定安全储备,这意味着将Fs=1.0直线上移。由图5-8可见,这必将导致区域Ⅱ朝着增大安全系数和减小地基变形系数的方向发展,有利于提高路堤稳定性。

从实际工程对策选用看:如仅从提高抗“变形”角度出发,可在保持稳定安全系数不变的前提下,采取措施将散点由Ⅰ区平移至Ⅱ区;如仅从提高“稳定安全性”角度出发,可在保持地基变形系数不变的前提下,采取措施将散点由Ⅳ区平移至Ⅰ区;如某措施既可提高抗变形能力,又可增强稳定安全性,则意味着散点从Ⅰ区转移至Ⅱ区左上角,或从Ⅳ区转移至Ⅰ区左上角、Ⅱ区内。