软基填方路堤的稳定性及其反压护道断面尺寸优化

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反压护道作为软基处治手段之一,具有施工简便与经济成本低的特点,广泛运用在地势宽广或软基处治失败的填方路堤中。在如何合理的确定护道断面尺寸这一核心问题上,依靠基于经典土力学理论和工程经验试算的方法具有一定的盲目性;忽略路堤填土提供的抗剪和软土地基内摩擦角的宫川早见方法,会造成护道面积和土方的过多浪费。故而,本文通过合理假设软基路堤破坏滑动面位置,同时考虑路堤填土和软土地基抗剪强度参数,优化改进宫川早见简化安全稳定系数计算法,利用土工离心试验和数值模拟验证其可行性,并基于此改进法优化反压护道合理断面尺寸设计,主要研究内容和结论如下:(1)通过合理假设软基路堤破坏滑动面位置,在Mohr-Coulomb土体强度准则基础上,同时考虑填土与软土抗剪强度参数,优化改进了宫川早见安全稳定系数计算法,并进行算例验证。结果表明:传统宫川法计算结果过于保守与数值分析误差超过50%,改进宫川法计算安全稳定系数将误差缩小在10%以内更加符合实际工程,可做为需要较高安全系数的软基路堤相对保守的稳定系数计算方法。(2)通过土工离心模型试验,分别对直接在软土地基上填筑路堤模型和带反压护道路堤模型进行了试验,对比不同加速度下试验结果可以得到:本文改进法所得安全稳定系数较原始宫川法计算结果更加接近实际工程情况;反压护道能够有效减少软基上升和路堤规则沉降,在控制路堤的侧向位移方面能够发挥很好的限制作用。(3)通过有限元数值分析,模拟软基填方路堤塑性变形过程以及研究软土和填料抗剪参数对软基填方路堤的破坏滑动面位置的影响规律。结果表明:软土内摩擦角对路堤安全稳定系数影响较大,不可忽略其进行稳定性分析;随着填土抗剪强度的增加,同一模型下路堤塑性变形带往地基深处延伸,滑动起始点趋于路堤中部某一区域;安全系数随填土抗剪强度增大而逐渐增大,填土抗剪强度相差过大,忽略其作用的宫川法误差也就越大,验证了改进法的合理性和可行性。(4)基于改进法讨论护道的合理高度范围和最小宽度,研究满足规范要求的稳定系数下护道合理尺寸的计算,并与传统宫川法进行对比分析。结果表明:软基填方路堤只考虑软基的黏聚力所计算护道断面较于工程实际占地过宽、填方土体用量大,浪费过多资源;改进法较于其最多能节省30%以上占地面积和填土土方。
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