交通荷载作用下粗粒土高路堤动力特性分析

为了研究粗粒土高路堤在长期交通荷载作用下动力响应特性及应力场演变规律,基于相似理论,进行室内动力模型试验。试验中,将交通荷载按比例进行缩减,通过动力模拟装置施加在路堤模型上;利用MIDAS/GTS软件建立粗粒土高路堤数值模型,通过模型试验结果与数值计算结果对比分析,探讨粗粒土高路堤在交通荷载作用下的动力特性。研究结果表明:路堤产生的动应力、位移能表征轴载相互叠加的特性;在路堤同一深度处,交通荷载对车轮正下方的路堤土体动应力响应影响程度最大,车辆载重对路堤影响程度显著高于车速对路堤的影响程度;在路堤不同深度处,动应力出现明显滞后,动应力曲线呈非线性衰减变化特征;路堤在循环荷载作用下,累积变形规律分为平缓增加、急剧上升、缓慢上升和趋于稳定阶段。

不同降雨类型对粗粒土高路堤边坡稳定性影响分析

为了深入研究不同降雨类型下粗粒土高路堤边坡的稳定性,提出了一种能同时考虑路堤边坡内部饱和度、孔隙水压力及软化效应的稳定性分析方法;拟定了小雨、中雨、大雨以及暴雨4种降雨类型,设定一级坡高8m、二级坡高12m的A类和一级坡高10m、二级坡高10m的B类两类典型边坡,通过分析A,B两类方案填筑的路堤边坡在不同降雨工况下安全系数和塑性区的变化规律,提出了路堤边坡最佳填筑方案,探讨了最佳方案填筑的路堤边坡稳定性。研究结果表明,相同降雨类型下,A类方案填筑的边坡稳定性比B类边坡更好,表明依托工程高路堤边坡最佳填筑方案为A类;降雨0~12h内边坡安全系数下降较快,随着降雨持时的增加,安全系数下降趋势减缓;在相同的降雨持时下,边坡安全系数随着降雨强度的增加而逐渐减小,当降雨强度超出一定范围后,其安全系数下降趋势相差不大;降雨初期,水位线上升较快,但存在一定的滞后性,随着降雨持时的增加,水位线上升速率减慢并呈规律性上升;小雨对边坡塑性区分布影响较大,但随着降雨强度的增加,降雨强度不再是影响边坡塑性区分布的主要原因。

降雨工况下渗透力对粗粒土高路堤边坡稳定性的影响

为分析降雨工况下,渗透力对粗粒土高路堤边坡塑性区分布以及安全系数变化规律的影响,依托现场工程实例,以粗粒土骨架为研究对象,采用geo-studio软件中的seep模块计算边坡降雨过程中及降雨停止后水位线、基质吸力、渗流梯度的变化规律;利用FLAC3D内置的fish语言将渗流计算结果导入到FLAC3D中;综合考虑水位线、基质吸力变化,分析了渗透力变化对粗粒土高路堤边坡安全系数以及塑性区分布规律的影响。数值计算结果表明:降雨影响水位线、基质吸力、渗流梯度在边坡空间上的分布;降雨过程中水位线逐渐由坡脚抬升并向粗粒土高路堤边坡内部扩展,降雨停止后坡脚处水位线下降较快且路堤中心水位线高于初始状态水位线高度;水位线抬升过程中基质吸力逐渐消散,降雨停止后基质吸力恢复较缓慢;降雨初期坡脚处x方向渗流梯度逐渐由正值转为负值且负值分布的区域逐渐扩大;随降雨历时增加边坡塑性区由坡脚不断向边坡内部逐渐延伸,降雨停止后边坡塑性区主要发生在坡脚处;降雨0~24 h内边坡安全系数呈逐渐增大的趋势,降雨24~72 h内安全系数下降较快并达到最小值,降雨停止后安全系数逐渐恢复,但安全系数恢复过程具有一定滞后性并且恢复后的数值小于初始值。

降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律模型试验

基于室内模型试验及相似理论,利用含水率测试仪、张力计、土压力盒分别监测长时间大雨、短时间暴雨2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡体积含水率、基质吸力、坡前推力变化规律,研究这2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律,揭示暂态饱和区变化影响下粗粒土高路堤边坡失稳机理。结果表明:2种降雨工况下降雨初期,暂态饱和区主要分布在边坡表层,体积含水率逐层上升、基质吸力逐层消散;随降雨不断持续,长时间大雨工况下暂态饱和区主要呈S形分布,暂态饱和区扩展过程中路堤边坡各级坡脚处的体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力主要分布在路堤边坡坡脚深处,边坡土体抗剪强度削弱区域首先分布在各级路堤坡脚处并逐渐向边坡内部扩展;短时间暴雨工况下暂态饱和区呈J形分布,暂态饱和区在下路堤坡脚处分布的面积较大,暂态饱和区扩展过程中下路堤边坡下部坡脚附近体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力由表层向路堤深处逐渐增大,土体抗剪强度削弱区域主要分布在下路堤边坡坡脚处。

动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验

为了研究动力湿化作用下渗流水在粗粒土高路堤内的迁移特性,自主研发设计制作一种室内喷洒降雨装置及车辆动力荷载模拟装置,开展动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验,从时间和空间2个角度描述渗流水在路堤内的迁移特性,然后根据模型试验结果,建立粗粒土渗流场时空演化机制,揭示动力湿化作用下的粗粒土高路堤边坡渐变失稳发育机理。研究结果表明:基于相似理论,开展粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验可以较为真实地反映粗粒土高路堤在动力湿化作用下渗流水的迁移特性;动力湿化作用下,湿润锋首先在路堤边坡表面形成,并逐渐从边坡表面向内部拓展,在坡顶处的拓展速率较小,坡脚处的拓展速率较大;受湿润锋演变规律的影响,路堤边坡监测点负孔隙水压力逐渐减小,体积含水率逐渐增大,坡前应力逐渐增加,位于坡脚浅层区域的应力增加速度较快;依据渗流水的迁移规律,将渗流影响范围内的土体自上而下分为浅层暂态饱和区、渗流水填充区及渗流水湿润区;在动力湿化作用下,粗粒土高路堤边坡将逐渐产生沿坡脚深层滑移的渐变趋势。