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土工合成材料的成功应用,可望减少高地震烈度区常见的各种路基病害,提高道路的抗震减灾能力。本文依托课题组大瑞线项目,在广泛调研国内外现有加筋土路堤抗震研究成果的基础上,针对实际工程问题,利用汶川大地震提供的大批震害资料,结合室内大型振动台实验,运用FLAC3D岩土软件对土工格栅路堤边坡在地震作用下的响应规律进行研究,并用拟静力法计算不同坡比下路堤的安全系数,然后对比实验分析得出以下结论:
1)结合汶川地震路堤工程震害调查发现,铺设土工格栅路堤抗震效果好于未铺设土工格栅路堤,其破坏仅表现为局部变形。随着地震作用强度的增加,路堤的破坏模式由边坡水平开裂发展到局部坍塌,最后变为路基本体整体滑移。因此,保证路堤边坡的稳定性对整个路基的抗震性显得尤为重要。当然,路堤破坏的严重程度也与本体加固措施、地震烈度直接相关。
2)通过不同坡比的路堤安全分析,对比计算结果,进一步证实了汶川地震路堤工程震害调查的发现——铺设土工格栅路堤抗震效果远好于未铺设土工格栅路堤。现行铁路铁路路基设计规范规定除硬块石填料外,坡比一般建议采用1:1.75和1:1.5。通过计算,正常工况下,坡比为1:1.75和1:1.5加筋土路堤的安全系数已经大大高于1.15。加筋土路堤在坡比为1:2与1:1之间时,随着坡比的增大,路堤安全系数下降较快,呈非线形的关系,因此在此区间内增大坡比时需要慎重验算。
3)通过大型振动台模拟实验发现:地震作用下,加筋土路堤边坡浅层(坡体内部接近坡面位置)的动土压力峰值沿坡高呈曲线分布,绝大部分为“W形”曲线。边坡浅层动土压力峰值在0.6倍坡高处最大,坡脚和坡项的动土压峰值都相对中部减小。边坡浅层的静土压力近似为零,故在地震作用下,边坡浅层0.6倍坡高处的土压力最大,是护坡设计中需重要加强部分。
4)通过数值模拟发现,加筋土路堤在坡比为1:2与1:1.25之间时,随着坡度越缓,路堤边坡浅层动土压力增量越来越大。一方面,坡比越大,路堤坡度就越缓,在相同高度时,坡体的体积量就越大,那么坡体受地震力的作用就越多。另一方面,路堤越缓,地震作用下变形就越小,坡体释放出的地震土压力越少,自身受力就越大。