边坡工程与堤坝工程研究进展

边坡稳定性问题是土力学的三大经典问题之一,由于其受地质、环境等复杂因素影响始终无法完全解决。近年来,随着我国交通强国、一带一路及西部大开发等国家战略的相继实施和推进,土木、交通、水利等领域中的边坡工程与堤坝工程又面临许多新的难题和挑战。该文简要评述边坡工程与堤坝工程的国内外研究现状,主要包括三个方面:边坡稳定性理论与方法、堤坝灾害机理与分析方法以及边坡和堤坝工程加固技术,重点探讨土坡与堤坝的破坏机理、灾变数值模拟方法、稳定性分析理论与安全评价等研究的最新进展,并展望未来研究方向。随着地质学、地震学、土壤学、生物学、计算力学、人工智能等学科发展,交叉学科的互融共通将有力促进土坡工程与堤坝工程的科技进步。

高填方路堤滑坡成因分析及防护对策

以某高速公路互通匝道高填方路堤边坡失稳为例,综合考虑填方区原始地形地貌、地层岩性及施工工艺对路堤边坡稳定性的影响,分析了土−岩二元结构填方边坡的变形特征和破坏机理,认为岩土界面可能为填方边坡的最薄弱层面而非填筑界面。同时,根据滑坡成因分析和稳定性评价结果,借助ABAQUS有限元分析软件对填方边坡的破坏机理做了进一步验证,并对抗滑桩支挡结构的受力状态进行了数值分析。分析可知,滑坡滑面主要在岩土界面处,滑面形态呈折线状;通过开挖台阶、设置宽平台和抗滑桩支挡可有效抑制路堤边坡变形,同时应加强排水;在抗滑桩支挡作用下,高填方路堤边坡潜在滑动面表现为由深层向浅层的演化破坏;滑动面以上桩身应力逐渐减小,在滑面处形成“三角状”高应力区,滑动面以下桩−土接触段桩身应力主要集中在桩前;桩身主要受弯段在潜在滑面以下;桩身主要受推力部位在滑面以上桩长1/5~1/3处,而主要抗力部位在滑面以下桩前部分。

扭王字块体斜坡堤单波越浪量的数值研究

国内现行规范中未提供有胸墙斜坡堤最大单波越浪量的计算方法。基于FLUENT软件,运用多孔介质区模拟斜坡堤上的扭王字块。借助惯性阻力系数C、等效波陡、相对块体尺寸、相对坡肩宽度、相对胸墙高度、相对水深、相对堤顶超高等影响因素,开展扭王字块体斜坡堤单波越浪量的数值试验。给出不同坡度下单位堤宽的最大单波越浪量的系数C计算关系式。验证结果表明,该公式具有较好的精确性,这使得扭王字块护面斜坡堤单波越浪量的数值模拟可以独立于物理模型试验进行,从而丰富了规范内容,为扭王字块体斜坡防波堤工程设计提供了参考。

考虑植被力学水力作用的洪泽湖堤防加固效果分析

为研究植被力学水力作用的机理,引入根系吸水分布函数描述不同根系构型的吸水特性,建立了一个用于边坡稳定计算的植被力学水力加固模型,并结合试验结果验证了模型的合理性和有效性。考虑不同根系构型的力学水力作用,对洪泽湖堤防岸坡的典型断面进行加固效果分析,结果表明:根系吸水显著提高了土体基质吸力,其影响范围大约为2.5倍根系深度;在根系吸水的初始阶段,不同根系构型所产生的差异较小,但随着时间逐渐增加,不同根系构型的差异逐渐增大;植被力学水力作用可以显著提高堤防岸坡的稳定性,24 h降雨后,根系加固下的安全系数约为裸土岸坡的1.4倍。

填方路堤水毁滑坡机理及加固措施比选研究

路堤水毁病害严重影响公路正常运行,确保路堤的稳定极其重要,故开展填方路堤水毁滑坡机理分析及安全控制措施研究非常必要。该文以某高速公路路基填方路段为例,通过现场变形监测及稳定性计算,定性分析滑坡原因及形成机理,计算不同加固方案的稳定性系数,并考虑工程造价、施工工艺及施工周期等因素,推荐适宜的加固方案。结果表明:受持续强降雨影响,路堤地层不均匀沉降是造成滑塌的根本原因;因路堤左侧现存洼地,降雨汇集并渗入土层,使黏土层膨胀软化及排水通道堵塞,进一步加快滑坡的形成;采用钢管桩与回填反压的复合加固方案,其稳定性满足要求,现场监测表明加固效果良好。

波动水位下河道堤防壤土斜墙截渗分析

考虑水位波动和防渗墙的尺寸结构对堤防渗流特性的影响,共设计了28种工况,对比分析波动水位下防渗墙的厚度、防渗墙的嵌入深度和堤基的渗透性对堤防的渗流量、膜后浸润线高度、防渗墙底部及溢出点水力坡降的影响。结果表明,相比防渗墙的厚度变化,增加防渗墙的嵌入深度更能有效控制堤防渗流量、降低膜后浸润线高度和溢出点水力坡降;当嵌入深度为0~2 m时,水力坡降随嵌入深度的增加而减少,且呈现先快后慢的变化趋势,当嵌入深度超过2 m以后,水力坡降随嵌入深度的增加而增加,且在5 m时达到峰值,超过5 m时水力坡降骤降;此外,对于悬挂式防渗墙设计,当坝基渗流量控制在75%时,溢出点水力坡降均小于0.25,防渗墙嵌入深度与坝基渗透系数之间存在强对数线性关系,所建拟合公式可用于类似代建工程防渗墙嵌入深度的初步设计或已建工程的渗流控制评估。

基于指标体系法的改扩建路堤高边坡施工安全风险评估

为建立改扩建路堤高边坡施工安全风险评估方法,通过对改扩建路堤高边坡施工特点分析,结合福建省的地质地貌、气候条件和自然灾害等方面资料进行分析,提出适用于福建地区路堤高边坡施工安全风险评估指标体系即一级指标2个二级指标11个,以及施工安全风险评估模型,并依托某公路改扩建项目,采用指标体系法进行改扩建路堤高边坡施工安全风险评估。结果表明:经过合理时间安排及有效的工程措施处理,路基高边坡1路段和路基高边坡2路段的施工安全风险评估值分别为35.288和39.020,施工安全风险等级均为中等风险,风险等级较低。提出的施工安全风险评估指标体系及评估模型,运用在项目改扩建路堤高边坡施工安全总体风险评估是可行的。

水位下降对堤防边坡稳定性影响研究

为研究水位下降速度对堤防边坡稳定性的影响,选取松花江某段堤防断面作为模型试验设计断面,通过室内模型试验,利用地形自动测量系统和高精度传感器对不同水位下降速度下堤防边坡的位移、孔隙水压力和土压力进行监测,同时利用Geo-Studio软件对不同水位下降速度条件下的堤防边坡浸润线与稳定性进行分析。研究表明:堤防内部的土水总应力与孔隙水压力均随水位的下降而下降,下降速度随着水位下降速度的增大而增大,且靠近上游坡面处的下降幅度大于坡体内部,有效应力呈上升趋势,当水位下降至坡底后,土水总应力与孔隙水压力的下降速度开始逐渐减小;堤防迎水坡发生最大沉降的位置主要集中水位与边坡交界附近,在边坡中部位置出现了较大的拱起位移,且随水位下降速度增大,边坡最大沉降和最大拱起位移均呈现增大的趋势;堤防边坡的稳定性系数随水位下降先快速下降,稳定性系数的下降速度随水位下降速度的增大而增大,当水位下降至坡脚后,边坡稳定性系数逐渐增大,然后趋于不变,不同水位下降速度工况下边坡最终达到的稳定性系数基本一致。

聚丙烯纤维增强水利堤坡轻骨料混凝土的抗压性能

为探究聚丙烯纤维对轻骨料混凝土抗压性能的影响,设计不同纤维掺量,分别制备聚丙烯纤维轻骨料混凝土,养护龄期取7、14、21、28、60 d并分别测定各组混凝土在不同龄期下的抗压强度。结果显示,聚丙烯纤维掺入后,各组轻骨料混凝土的抗压强度均会得到不同程度提升,且抗压强度均大致表现为随聚丙烯纤维掺量增加而前期增加、后期降低的发展趋势,其中掺加0.9 kg/m^(3)聚丙烯纤维时抗压强度达到最佳水平。试验表明,聚丙烯纤维掺入后混凝土破坏形态出现改变,显著提升混凝土早期强度,且有效改善混凝土脆性。

京原铁路山区段堤坡坍塌水害成因分析及防治

本文以京原铁路K88+550—K88+580段为例,分析了该段铁路路堤坍塌的原因并提出了相应的整治措施,得到了以下结论:根据线路两侧地形量测结果,地表汇水极易在K88+550处形成渗流通道,软化线路左侧坡体。京原线K88+700—K88+550范围线路高程降低,易产生汇水,由于“7·29”特大暴雨影响,大量地表水汇集,部分下渗至路堤边坡,致坡体含水量上升,含水率趋近饱和,自重增加,岩土体强度降低,加之前期开挖声屏障基础对边坡坡体产生一定扰动,多重因素叠加最终导致路堤边坡失稳发生滑动破坏。研究结果可为同类地区的工程建设及设计提供相应参考。

临河深基坑对堤防稳定性的影响分析

针对分析堤防受邻近基坑开挖影响所产生变形的局限性,以同济大学初雨调蓄池基坑开挖为例,结合有限元强度折减法,扩展研究了临河深基坑对堤防边坡稳定性的影响;同时为堤防边坡稳定性的定量判别提供了新思路,使评判结果比现行规范要求更为全面合理。

地震作用下半填路堤的伤损评价研究

针对当前半填路堤动力响应问题研究成本高、参数调整不灵活、影响因素单一等问题,基于数值模拟,以四川某路段发生震害的半填路堤为例,分析不同等级地震荷载(6级、7级、8级、9级)作用下半填路堤的设施损伤。采用人工拟合地震波,引入黏弹性边界,分析半填路堤在不同条件下的位移变形、边坡稳定性和路堤承载力。通过强度折减法与极限平衡法评估边坡稳定性,运用Terzaghi公式计算路堤承载力。结果表明,不同工况下,强度折减法对比极限平衡法得到的安全系数误差均在4%以内,说明强度折减法可以较好地评估边坡稳定性;随着地震等级的提高,半填路堤的位移增量逐渐增大,边坡稳定性逐渐降低,路堤承载力逐渐降低;半填路堤在8级、9级地震荷载作用下处于失稳状态;在8级地震荷载作用下,半填路堤位移增量增长约20倍,安全系数下降52.8%,路堤承载力下降57.0%,同比变化幅度均最明显,表明8级地震荷载对半填路堤的破坏性更显著。

黄土地区高速公路堤边坡稳定性分析与优化设计

文章针对现阶段黄土地区高速公路堤边坡稳定性的相关问题,提出了优化方案并利用理正岩土软件和ABAQUS软件进行了边坡稳定计算。计算结果显示:优化后的路堤边坡安全系数均大于规范规定的1.25且有一定的安全储备,优化后可显著减少路堤填方、边坡支护面积和公路占地面积。最后,基于边坡安全系数提出了植物防护和工程防护相结合的边坡支护方案,为堤边坡的稳定性后续研究提供了较大的现实价值。

微型桩在路堤边坡处治工程中的应用探析

农村公路此前的建设标准和设计施工存在一定局限性。由于临近路段移挖作填,路基填筑质量低,排水设计不完善等原因,山区低等级公路路堤滑塌、边坡滑坡等情况时有发生。文章以安溪县路堤滑塌灾害点为研究对象,研究认为相比传统的土石方回填工艺,微型桩结合泡沫轻质土回填具有工期短、施工便捷、经济性好等优势。利用微型桩桩土之间的相互作用,频繁滑塌的填方路堤边坡能够快速受力,快速处治。模拟计算结果显示,桩顶位移及沉降量均较小,微型桩结合泡沫混凝土在该工程中治理效果较好。

太榆退水渠改扩建工程堤防护坡型式比选

太榆退水渠建成于20世纪70年代,担负着晋中、太原两市2.67万hm^(2)农田以及榆次东退水渠、太原薛店排水渠、北张退水渠等沟渠的排退水任务。近年来,随着大学城片区、汾东新区、综改区的大力发展,农田灌溉面积逐年减少,建城区面积逐年变大,迫切需要对太榆退水渠进行系统规划、系统整治。因渠道两岸基本均为耕地,渠道范围受限,堤防护坡型式的选择就尤为重要。根据渠堤所处的位置、工程造价、施工条件及运行管理等诸多因素,对多种生态护坡型式进行比较。

浅谈太榆退水渠改扩建一期工程渠堤生态护坡施工工艺

针对水渠改建工程生态护坡需求问题,对渠提生态护坡施工工艺开展研究,在简单介绍工程概况、护坡施工工艺流程以及生态护坡施工优势的基础上,围绕土石笼袋、生物毯护坡进行太榆退水渠改扩建一期工程渠提生态护坡施工研究。结果表明,采取生态护坡施工工艺,除了能够满足防洪要求外,还能有效防止一系列不利因素对土壤造成的侵蚀,起到有效的物理防护作用。

高明河明城段堤防稳定分析及达标加固研究

对高明河明城段堤防稳定性展开了深入分析和达标加固研究。详细探讨了堤坡失稳破坏的原因,包括堤基渗透变形、堤基缺陷、河水侵袭冲刷和堤身渗漏等问题。在此基础上,提出了一系列的堤防加固方法与应用,包括堤防防渗加固、抗滑加固和固脚防冲等措施。

水利堤防工程护坡的施工技术探讨

水利工程建设中堤防工程护岸一直是重点和难点,开展堤防护岸施工,可以提高堤防结构的稳定性,发挥水利工程在经济、社会及生态方面的作用。目前,水利堤防工程中护坡技术多样,但每一个水利堤防工程都有各自的特点,施工期间,相关人员需要立足实际情况,合理选择护坡技术,加强施工作业中的技术管理与质量控制。基于此,本文重点分析了水利堤防工程中的护坡技术类型,通过案例分析探究了护坡施工的技术要点,以期为实际工作提供指导与借鉴。

西大河、西马莲沟河道稳定分析及河道治理

工程累计治理河道长度4.812 km,保护1.35×10^(4)人的生命财产安全,保护1.2×10^(4)亩耕地;累计新建堤防、拆除重建堤防及加固堤防共计5.618 km。经综合分析,工程在技术上是可行的,国民经济分析指标是合理的,运行维护是可靠的,工程属于公益性项目,能够提高防洪能力,改善生态环境,保障沿岸人民群众生命财产安全,促进和保障地方经济的发展。

惠州大堤治理工程护坡防护形式选择

针对惠州大堤治理工程中的护坡防护形式选择进行研究。针对惠州大堤北堤岸坡的现状及存在的安全隐患,根据北堤堤防现状情况及规划安排,此次项目岸坡修复堤段范围为东起北堤长湖段,沿东江右岸顺江而下,西止东江大桥上游段,堤线全长共14.3km,对该堤段范围内岸坡防护形式选择进行研究。旨在对现状坍塌及不稳定岸坡进行修复加固,达到稳定岸坡、消除安全隐患的效果,为北堤防洪度汛和环境景观提升提供安全保障。