西部交通建设科技项目底摩擦相似模拟模型试验06.docx
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西部交通建设科技项目底摩擦相似模拟模型试验06
西部交通建设科技项目
高速公路早期病害预防措施的研究
子题二:
山区高速公路鸡爪沟地形不均匀沉降和碾压工艺
子题四:
高挖边坡岩体质量及稳定性评价
底摩擦相似模拟模型试验-06-2002
四川省川东高速公路有限责任公司
长沙交通学院
交通部公路科学研究所
四川省交通厅公路规划勘察设计研究院
2002年06月25日
1概况
该地区地层岩性复杂,属山岭重丘区,发育有典型鸡爪沟地形,低洼沟谷地带一般覆盖4-12m的软土地层,地基承载低,高填路堤沉降量大。
由于红层软岩地层岩性,开挖高陡边坡破坏、失稳是一个重要问题。
为此,进行了典型模型试验。
(1)、高填斜坡地形(鸡爪沟)路堤边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究,如图所示。
(2)、深切高陡边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究,如图所示。
2底摩擦相似模拟模型基本原理
(1)、底摩擦相似模拟试验装置和图象自动采集系统如图所示。
(2)、底摩擦相似模拟试验原理
转动粗糙胶带上材料自重产生的摩擦力模拟重力,研究节理化岩石开挖工程与碎石填筑工程破坏失稳过程问题。
(3)、底摩擦相似模拟试验材料选取
马赛克、橡皮泥、双面胶带等。
(4)、底摩擦相似模拟试验破坏准则
库仑破坏准则(凝聚力为零)。
3高填斜坡地形(鸡爪沟)路堤边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究
(1)、模拟试验主要结果(图片)
图片一:
高填斜坡地形(鸡爪沟)路堤边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(原始地形)
图片二:
高填斜坡地形(鸡爪沟)路堤边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(STEP01)
图片三:
高填斜坡地形(鸡爪沟)路堤边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(STEP02)
图片四:
高填斜坡地形(鸡爪沟)路堤边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(加土工格栅)
(2)、模拟试验主要结论
1)、在软土地基处理的基础上,软土路基和斜坡上进行高填路堤建筑,路基顶面出现较大的拉张破坏和差异沉降,路基中部和下部出现明显的破坏和失稳滑动,将严重影响路面结构的稳定性。
2)、如果路基上部和下部设置土工格栅,路基上部和中、下部的破坏和失稳滑动可以得到明显控制。
3)、软土路基和斜坡上高填路堤设置合理的典型土工格栅布置如图所示,控制路基上部和下部的破坏和失稳。
4)、在软土路基和斜坡上设置了合理的高填路堤典型土工格栅布置,但路基中部的破坏和失稳仍在一定范围出现,为了更有效地控制路基上部、中部和下部的破坏和失稳,建议设置反压护道,降低边坡整体坡度。
5)、在软土路基和斜坡上合理设置的高填路堤边坡,还需进行典型的剖面防护工程布设,防止高填路堤边坡受到冲刷、风化。
建议设置反压护道,降低边坡整体坡度,提高稳定性。
4深切高陡边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究
(1)、模拟试验主要结果(图片)
图片一:
深切高陡边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(原始地形)
图片二:
深切高陡边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(第一级开挖)
图片三:
深切高陡边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(第二级开挖)
图片四:
深切高陡边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(第三级开挖)
图片五:
深切高陡边坡破坏失稳过程底摩擦相似模拟试验研究(第四级开挖)
(2)、模拟试验主要结论
1)、右侧边坡总开挖高度40m,左侧边坡总开挖高度35m,第一级开挖后边坡总体是稳定的。
2)、第二级开挖后,左侧边坡总体是稳定的,局部有的破裂出现,表层剥落破坏明显;右侧边坡总体是不稳定的,出现了明显的破裂、失稳滑动,坡顶有较大的拉张破坏。
3)、第三级开挖后,左侧边坡总体是稳定的,坡表面局部有破裂出现,表层剥落破坏明显;右侧边坡总体是不稳定的,出现了明显的破裂、失稳滑动,其规模较第二级开挖增大,坡顶出现较大范围的拉张破坏。
4)、第四级开挖后,左侧边坡总体是稳定的,坡表面局部有破裂、失稳滑动出现,坡表层剥落破坏明显;右侧边坡总体是不稳定的,破裂、失稳滑动范围进一步增大,其规模较第三级开挖增大,坡顶出现较大范围的拉张破坏。
5)、上述分析可知,对于在近水平岩层中开挖形成的三、四级边坡,坡表面局部有破裂、失稳滑动出现,坡表层剥落、破坏明显;特别是开挖形成的四级边坡,总体出现不稳定,破裂、失稳滑动范围较大,坡顶出现较大范围的拉张破坏。
6)、假如三、四级边坡内有较高的地下水位或水压,上述分析开挖形成的三、四级边坡,将出现更大的坡表面破裂、失稳滑动,更严重的坡表层剥落、破坏;还可能较大范围的拉张破坏,出现较大规模的不稳定、较大范围失稳滑动。
稳定性分析、数值模拟分析将在下一季度中进行,同时开展二、三处三、四级边坡内部钻孔地下水位或水压(孔压计、竖管水位计等)监测和坡面位移、沉降(经纬仪、水准仪、位移计等),观测地下水位或水压变化对三、四级边坡稳定性的影响。
为此,三、四级边坡既要采取防灾(拉张破坏、滑动)措施,又要采取防护(防风化、防冲刷)措施,其典型形式如下图所示。
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