高烈度区岸坡防护填方体静动力稳定性研究

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在高烈度区水库沿岸公路工程建设中,经常遇到水库岸坡失稳对公路工程造成损毁的问题。为了保护公路设施安全,需要对稳定性较差的岸坡进行治理或加固。采用填方体提高水库岸坡的稳定性,对沿库岸公路路基边坡进行防护,是可行的选择。对于高烈度区的水库岸坡防护填方体而言,由于研究的不够深入,尚不清楚库水位动态变化、地震作用等对其稳定性的影响,有必要开展相关研究。
  本文以云南省格巧高速高粱地特大桥岸坡为工程背景,进行了岸坡填方体材料的垂直渗透特性试验研究,并结合ABAQUS和FLAC3D有限元软件,研究分析了岸坡填方体在静水位作用下和水位骤降作用下的稳定性、变形规律以及密实度对岸坡填方体稳定性的影响;研究分析了岸坡填方体在地震作用下的稳定性和动态响应特性。对比分析了三种不同的岸坡防护方案,确定出了最优方案。具体研究内容及结论如下:
  (1)基于常水头渗透试验,探讨了颗粒级配和试样干密度对岸坡填方体渗透特性的影响。并结合数值模拟,研究了静水位作用下和水位骤降作用下密实度对岸坡填方体的稳定性影响。结果表明,岸坡填方体渗透系数与粗颗粒含量成正比,与干密度成反比;岸坡填方体的稳定性受填方体干密度的影响,在一定范围内,密实度越高,岸坡填方体稳定性越好。
  (2)利用ABAQUS有限元软件,研究了静水位作用下和水位骤降作用下岸坡填方体的稳定性及影响规律。结果表明,随着水位高度的增加,岸坡填方体的安全系数先减小后增大。同一高程下各点的孔隙水压力在水位骤降过程中都呈现减小的趋势,并且内侧高于外侧。随着水位骤降高度的增加,岸坡填方体的应力和位移都增加,安全系数减小。当水位骤降高度超过一定值时,岸坡可能失稳。
  (3)基于拟静力法和动力有限元原理,通过数值模拟方法,研究分析了地震作用下岸坡填方体的稳定性及动态响应特性。结果表明,静水位作用和地震作用可以互相减缓由单一作用造成的稳定性降低这一影响,填方体中下部的峰值加速度和水平位移更大,即填方体的中下部稳定性较上部更差。
  (4)以格巧高速高粱地特大桥工程为例,通过对比分析三种不同坡比的岸坡填方体的稳定性以及破坏形式,认为填方体坡比为1:2.5时最优,既能满足稳定性要求,又能节约成本。
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