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基于有限元分析的公路高边坡坍塌病害影响

发布于:2024-05-09 18:45
有限元分析

      呼集高速公路是国家高速公路网G6(北京-拉萨)的一段,该段高速公路于2005建成通车。项目位于山岭重丘区,总体呈东西走向。由于项目所处地区地形复杂,高填深挖工程较多,挖方路基边坡多采用实体浆砌片石护面墙、浆砌片石拱形骨架护面墙和挡土墙等圬工防护。2010年以来,沿线挖方段阴坡边坡防护工程开始出现鼓包、滑塌等病害,尤其以K368处挖方边坡坍塌病害较为典型。本文对该处边坡地质水文情况、破坏原因进行了深入有限元分析,认为该处边坡破坏的主要原因是由于挖方段线外排水及坡面排水不畅造成的,通过有限元建模计算得出该边坡在地面水渗流作用下的破坏模式与现场实际坍塌情况高度一致。通过研究结论,最终确定了该边坡的处置方案,为该段高速公路乃至附近类似项目的病害整治提供了非常有价值的参考。
      呼集高速公路处于察哈尔熔岩台地,整体呈东西走向,K368处边坡位于台地的山前坡积区,该段边坡处于高速公路南侧山前阴坡,地势南高北低。地质情况通过边坡坍塌出露的断面可以看出该边坡的地质情况:该边坡长度约300m,出现坍塌病害的段落长度约160m,边坡高度为22m,边坡上部0~10.0m为红色高液限黏土(含少量碎石),含水量高,基本达到软缩状态;10.0~15m为风化泥质砂岩;15~22m为风化砂岩(含少量粗砾)。
      边坡采用台阶式断面,下部台阶高度为4.0m,以上中间处台阶高度为10m,最高处台阶高度为8m,最下部台阶宽度为4m,以上台阶宽度均为2m;边坡最下部台阶边坡坡率为1:0.5,以上台阶边坡坡率均为1:1.5;边坡最下部设置了浆砌片石挡土墙,挡墙顶部设有排水沟,以上边坡靠西侧120m采用浆砌片石拱形骨架植草防护,东侧40m采用浆砌片石护坡,边坡顶部外侧5m处设有截水沟。2015年7月雨季降雨量较大,导致该处边坡坡面防护和部分表层土体出现滑移,护面墙顶部和中上部出现了多条0.2~0.5m宽的横向裂缝,坡脚设置的挡土墙顶部出现推移、坍塌病害。
      由于该边坡顶部沿路线方向地形起伏不大,所设置的截水沟没有进行纵断面设计,导致局部截水沟存在排水不畅的问题;截水沟水下渗进入边坡土体;由于坡面砌体的存在,导致进入坡体的自由水无法顺畅排出;由于边坡表面土体透水性较差,滞留的水体在边坡表面一定范围内形成浅层滞水,这部分浅层滞水是导致边坡滑塌的主要因素,具体有以下几个方面:①滞水导致表层土体软化,使土体抗剪强度降低,同时在护面墙与边坡之间的接触面产生一定的润滑作用。②边坡土体含水量增大后,边坡软弱层的下滑力也会增大。③水在边坡表层土体软弱层内渗流时,会产生一定的动水压力,若渗流量过大,坡体下滑速度也会加快。④在边坡表层土体内产生了一定的地下静水压力。在边坡土体蠕动变形过程中,孔隙水压力会持续增大,加速了边坡滑面变形,进而造成坡体失稳。⑤边坡土体存在一定的膨胀性,滞水还会导致土体出现膨胀,在冬季出现冻胀作用,从而对坡面防护结构造成破坏,降低防护的结构强度,坡面水也更容易进入边坡。


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