持續(xù)強降雨條件下山區(qū)超高填方體沉降變形特征研究.pdf

1、隨著西部經濟加速,山區(qū)機場建設迅猛發(fā)展,導致高填方地基日益增多。山區(qū)填方體具有體量大,填筑高度大,下覆基巖界面起伏較大等特點。研究區(qū)不僅有以上特點,且位于多雨地區(qū),填方體孔隙比較大,因此雨水易于進入土體引起額外的沉降變形,如何準確評價降雨入滲條件下沉降變形及差異沉降對填方體穩(wěn)定性的影響是亟需解決的問題。本文通過室外注水試驗和探坑開挖試驗,研究了山區(qū)超高填方體的入滲規(guī)律,通過數值模擬,揭示了降雨入滲條件下填方體沉降變形及差異沉降規(guī)律,并對

2、不同夯實能級強夯法加固高填方地基的效果進行了評價。主要研究內容和成果如下:
　?、偻ㄟ^現場注水試驗獲得了填方體的滲透系數,其值為5.891×10-4cm/s,滲透性能良好。試驗結果表明:隨土體含水率增大,初始滲透速率減小;結合現場探坑開挖試驗揭示了場區(qū)降雨入滲規(guī)律。
　　②根據研究區(qū)數字地形圖,利用SUFER和ANSYS建立了研究區(qū)三維數值模型,分析了天然工況及降雨工況下研究區(qū)典型區(qū)段(溝谷處、填方體厚度較大處、溝谷縱向剖面

3、處、邊坡處)的沉降變形及差異沉降規(guī)律。研究結果表明:天然工況下,填方體地表沉降與填方體厚度近似呈線性關系:y=0.0344x-0.377,相關系數為R2=0.9922。填方體沉降隨厚度增加而增加,填方體厚度越大,自身產生的沉降在填方體厚度中的比重越大,邊坡處坡腳位置地表沉降占填方高度的2.96％,坡頂地表沉降占填方體厚度的1.13％。溝谷處基巖呈 V形,沉降呈現中間大兩邊小的規(guī)律,溝谷中心處,最大沉降為1.354m,此處差異沉降為1.1

4、85m。填方體厚度較大處填方體厚度相差較小,沉降較為均勻,沉降在1.865m左右,此處差異沉降為0.180m。溝谷縱向剖面處沉降在溝谷內受三維空間約束作用,沉降較小為1.350m左右,平坦處較大為2.012m,此處差異沉降為0.666m。邊坡處,填方體厚度相差較大,沉降從坡頂向坡腳處逐步增大,最大值為1.752m,此處差異沉降為1.510m。
　　不同強降雨條件下填方體的數值模擬結果表明:隨入滲深度增加,填方體沉降量增大,并得到了

5、降雨入滲深度與沉降位移的關系:y=0.0154x+1.9824相關系數R2=0.9524。工況3(入滲深度為21m)時,填方體最大沉降為2.383m,比天然工況下增大了0.370m,增大了18.1％。降雨對填方體差異沉降的影響受填方體厚度的制約,降雨入滲超過填方體厚度時,會增加填方體的差異沉降量。溝谷處,工況3(入滲深度為21m)時,比天然工況差異沉降增加了0.167m,增加了14.1％。
　?、鄹鶕芯繀^(qū)現場強夯試驗結果,利用三

6、維數值模擬研究了天然工況和降雨工況下不同夯實能級對填方體沉降變形及差異沉降的影響,結果表明:天然工況下,高填方體沉降在夯實能級為3000kN.m時比夯實能級為2000kN.m時明顯減小,溝谷處沉降減小了0.471m,減小34.8％。填方體厚度較大處沉降減小了0.631m,減小33.8％。溝谷縱向剖面處沉降減小了0.662m,減小32.9％。邊坡處沉降減小了0.567m,減小了32.4％。夯實能級為4000kN.m時,比夯實能級為3000

7、kN.m時沉降有所減小,溝谷處沉降減小了0.203m,減小22.9％。填方體厚度較大處沉降減小0.252m,減小20.4％。溝谷縱向剖面處沉降減小了0.276m,減小20.4％。邊坡處沉降減小0.242m,減小20.4％。差異沉降方面,夯實能級為4000kN.m時,溝谷處差異沉降比夯實能級為2000kN.m時減小0.593m,減小49.7％,邊坡處差異沉降量減小了0.719m,減小47.6％。由于填方體厚度較大處和溝谷縱向剖面處填筑體高

8、度相差不大,不存在較大的差異沉降因此改善效果不明顯,但總體上仍為減小趨勢。由上述可知,隨夯實能級提高,填方體沉降及差異沉降減小,但增加夯實能級對填方體沉降的改善效果逐步減小。降雨工況下,夯實能級加大也能起到減小沉降的作用,同天然工況下類似;在差異沉降方面,填方體厚度差及降雨入滲深度仍然會影響差異沉降,強夯的提高改善效果不明顯。通過對各夯實能級數值模擬結果分析可知,夯實能級為4000kN.m的強夯法能夠達到減小沉降變形的目的,工況3(降雨

9、入滲深度為21m)下最大剩余沉降為0.119m,最大差異沉降為0.081m。該夯實方式可滿足高填方體沉降及差異沉降的要求。
　?、芾谜辉囼炘O計,研究了填方體材料參數對沉降的影響,揭示了各參數對沉降影響的大小,結果表明:對填方體沉降影響最大的是變形模量,其次是密度、粘聚力、內摩擦角、泊松比?；贐P神經網絡,對填方體物理力學參數進行了位移反分析,結果表明:構建的BP神經網絡可反演填方體材料參數,最大誤差為變形模量6.7％,基于該