山区深层高液限土路堑边坡稳定性分析及处治技术

山区深层高液限土路堑边坡稳定性分析及处治技术研究背景

路堑是路基的主要结构型式。我国地域辽阔，地质、地形条件复杂，随着高等级公路向西南山区推进，路堑的修筑遇到许多复杂的工程问题。其中，高液限土的工程病害问题是亟待解决的重大技术难题。高液限土种类多、分布广、成因杂，主要包括软土、膨胀土、红黏土等，它具有天然含水量高、强度低、压缩性大、饱和度大、渗透性差、吸水膨胀、失水收缩等特性。许多新建公路边坡在施工过程中就开始出现各种病害，有的地段边坡一边施工开挖，一边溜滑；有的边坡刚刚施工完成，就出现边坡整体失稳；有的经过常规处治后也很难稳定。因此，高液限土地区的路堑边坡在修筑过程中存在稳定性问题及处治难题。问题的提出及意义

重庆石柱（分水岭）至忠县高速公路是交通部规划的“五纵七横”中沪蓉国道主干线重庆支线的一段。石忠高速公路B1合同段位于渝东偏东南部，属于西南山区气候，潮湿多雨，而且该路段地下水系较发达。在路堑修筑的过程中，沿线路堑边坡深层出露大量高液限土，边坡也发生了不同程度的破坏，为了保证路堑边坡稳定，防止路堑坡面或整体失稳，保证公路运营的畅通，需对路堑边坡进行前期稳定性分析，并对不稳定的路堑边坡采取合理的处治措施，并进行处治后评价。本论文的研究成果应用于世纪工程并为其它山区深层高液限土路堑边坡的修筑提供参考与借鉴，具有重要的理论价值和工程实际意义。研究目的

本文依托重庆市交通科技项目《石忠高速公路复杂地质条件下路基修筑技术研究》开展研究，将以重庆石柱至忠县高速公路为研究典型，开展广泛的资料调研、工程调查以及现场勘探试验，全面系统地分析山区深层高液限土的工程特性、物理力学指标。在室内模型试验和现场试验的基础上，系统地研究深层高液限土路堑边坡的前期稳定性和处治措施的合理性及可行性，指导石忠高速公路路堑工程的施工，保障石忠高速公路的施工质量，并为西南山区复杂地质条件下的高等级公路路基修筑提供技术参考。主要研究内容深层高液限土工程特性及物理力学性质研究深层深层高液限土路堑边坡前期稳定性分析深层高液限土路堑边坡处治方案研究深层高液限土路堑边坡处治后评价的数值模拟分析深层高液限土路堑边坡处治措施的离心模型试验验证深层高液限土路堑边坡处治措施的施工技术及工程应用研究研究思路

现场调研 病害分析稳定性工程地质评价

常规土工试验 物理力学性质研究FLAC稳定性数值模拟分析边坡处治方案设计FLAC处治后评价土工离心模型试验验证施工技术及工程应用边坡工程概况

1.地形地貌图1施工中的深层高液限土路堑边坡图2深层高液限土路堑边坡2.地质构造及地层岩性经地表工程地质测绘及钻探揭露，各地层从上到下分述如下：①第四系残坡积亚粘土（Qel+dl）：黄褐色、黄色，可塑状~硬塑状，含少量的泥质灰岩碎石。②三叠系巴东组下段泥灰岩（T2b1-Mls）：灰黑色，隐晶质结构，中厚层状构造。强风化层岩体破碎，岩心呈碎块状，厚1.00m；弱风化层岩体较完整，岩心呈完整的柱状，岩质较硬。③三叠系巴东组下段泥岩（T2b1-Ms）：紫红色，泥质结构，中厚层状构造，主要由粘土矿物组成，局部段含砂质较重。强风化层岩体破碎，岩芯呈碎块状、块状，厚度为3.80m；弱风化层岩体较完整，岩质较硬。④路堑开挖揭露表明，下层主要覆盖为褐黄色的红粘土，下伏基岩主要为灰岩，局部为泥岩。红粘土层在水平方向上厚度变化较大。3.气候气象条件

石柱县境段属亚热带湿润季风气候区，以多雨、多雾、寒冷为特点，雨量 充沛，四季分明，具春暖、夏热、秋凉，冬寒有雪的季节特征。

表1石忠高速公路气象要素表气象要素指标多年平均 气温

(℃) 17-18.1最高气温

(℃) 42.1最低气温

(℃) -4.4平均降雨量(mm/a)

1185.3

～1275.0平均日照 时数(d)

1230.9～1333.3

平均 雾月

(d) 70～130平均无霜期(d)

290～

330最大瞬时风速

(m) 17.24.水文地质条件

场地内无河流、冲沟，且下伏基岩以泥岩、泥灰岩为主，透水性较差，地形 坡度较大，当大气降水时，容易形成地表径流向低洼处排泄；仅雨季时有少 量地表水向下渗透进入风化裂隙，形成基岩裂隙水，很快向低洼处运移并排 出地表。因此，该处地下水较为贫乏。高液限土及其特性

1.高液限土的定义

高液限土是一种细粒土，同时具备两个分类特性：

(1)小于0.074mm的颗粒含量大于50%；(2)液限50%以上。 当液限大于50%，统称为高液限土。图3塑性图图4特殊土塑性图一般来说，高液限土可包括软土、膨胀土和红黏土2.高液限土的工程性质①天然含水量高；②液限、塑限和塑性指数均较高；③饱和度较大；④天然孔隙比大，容重小；⑤颗粒细而均匀，粘粒含量较高；⑥压缩性大；⑦渗透性差，抗渗性好；凝聚力C(kpa)内摩擦角(0)2302826⑧由于路堑坡脚经常积水，土层抗剪强度较低。图5普通剪切试验仪图6试验后的剪切试件80.070.060.050.040.030.0y=0.0599x2-5.3177x+140.76 R2=0.990624222018161412y=0.0182x2-1.688x+50.099 R=0.9951

20.0 10.015.020.025.030.035.040.045.050.0

含水量(%)图7凝聚力随含水量的变化曲线

10 10.015.020.025.030.035.040.045.050.0

含水量(%)图8内摩擦角随含水量的变化曲线主要病害

冲蚀 剥落 溜滑滑塌泥流滑坡图9冲蚀图11溜滑图10剥落 图12滑塌病害成因分析土质特性的影响土体结构的影响裂隙的影响水的作用风化作用在这些影响因素中，高液限土的土质特性和土体结构是内因，是路堑边坡是否会产生变形的决定性因素；裂隙、风化作用、水的作用是外因，在路堑边坡稳定性问题中起着关键性作用。内因一般是物质的固有属性，是无法改变和选择的，而外因可以通过人为的力量进行预防、减弱甚至消除。所以，对于高液限土路堑边坡的病害问题，就是要遵循高液限土的固有特性，主动防护，在最大限度上减弱外因对其影响，使边坡稳定，达到加固边坡的目的。NS边坡稳定性的工程地质初判

根据《公路工程地质规范》（JTJ064-98）中的有关技术要求，详 细勘察了沿线路堑边坡工程地质情况：该路段开挖形成2.80～28.40m高的人工岩土质边坡，土质及强风化WOE基岩直立切坡，易垮塌，建议放坡开挖，修重力式挡墙进行支挡。中风化基岩边坡为顺向坡，根据赤平投影图，受裂隙及岩层产状的影响，不利于边坡稳定，直立开挖，易产生顺层滑坡。建议边坡治图13赤平极射投影图

理如下：土层按1：1~1:1.5（高宽比），强风化基岩按1:0.75（高宽比），弱风化基岩沿层面放坡按1：0.75(高宽比)分2～3台阶放坡，并对坡面进行防风化护坡处理。+σ∫''(深层高液限土路堑边坡FLAC前期稳定性分析

1.FLAC数值模拟的基本理论

FLAC原理：拉格朗日元法、显式有限差分法、强度折减法；

FLAC网格单元：4个常应变三角形单元组成有限差分网格；

材料采用的本构模型：莫尔-库伦模型；安全系数的定义：1=∫0l

cFs

l0

tanϕ

Fsτdl)dl=

l∫0(c+σtanϕ)dl

l

∫0τdl4.5003.0002.0001.0000.0003.5002.5001.5000.50012.深层高液限土路堑边坡稳定性数值模拟分析

计算参数的选取

表2石忠高速公路B1合同段岩土层物理力学参数

岩土体 高液限土泥灰岩 砂质泥岩

密度(Kg/m3) 1850 2650 2670摩擦角

(0) 13.92 35 39粘聚力

(KPa)30.075 1800 1900泊松比

0.35 0.3 0.3体积模量

(MPa) 5.15 3710 4085剪切模量

(MPa) 1.72 1730 1890数值模型的建立JOBTITLE:12mode(*10^1)JOBTITLE:s12(*10^1)5.000FLAC(Version5.00)

LEGEND4.000FLAC(Version5.00)

LEGEND

12-Jul-078:38 step10713-3.333E+00<x<6.333E+01-1.533E+01<y<5.133E+01User-definedGroups

User:gaoyexianGridplot 02E1MarkedGridpointsFixedGridpoints XX-direction BBothdirectionsHistoryLocations

X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XX2XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB

7-Jul-0712:15 step9687 -3.056E+00<x<5.806E+01 -1.247E+01<y<4.864E+01FactorofSafety0.91Max.shearstrain-rate 0.00E+00 5.00E-04 1.00E-03 1.50E-03 2.00E-03 2.50E-03 3.00E-03 3.50E-03 4.00E-03Contourinterval=5.00E-04Boundaryplot 0 1E1Velocityvectors-0.500-1.000maxvector=giic1.013E-020.5001.5002.5003.5004.5005.5000.5001.5002.5003.5004.5005.500(*10^1)(*10^1)图14边坡数值模型图15剪应变率云图和速度矢量图

边坡前期稳定性分析选取石忠高速公路路堑边坡高度为4～24m，验算坡度分别取1：0.75、1：1、1：1.25、1：1.5、1：1.75、1：2，在最不利暴雨情况下，水位线置于地面线以下2m处，按照上述方法建模，依次可得到一定坡度下不同坡高边坡所对应的安全系数，以及计算得到不同坡高，不同坡度边坡的安全系数。

表3不同坡高，不同坡比边坡的安全系数

坡比安全系数1:0.751:11:1.251:1.51:1.751:2坡高(m)

4 6 810121416182022242.101.380.910.930.790.710.650.630.500.430.412.521.791.211.170.910.870.760.690.630.580.542.721.821.381.241.120.970.900.830.760.710.652.852.001.531.351.101.040.970.920.840.770.712.952.061.651.441.271.111.040.960.880.840.793.102.161.721.521.321.201.131.030.950.890.84图14坡比为1：0.75图17坡比为1：1.5

图15坡比为1：1图18坡比为1：1.75图16坡比为1：1.25

图19坡比为1：2由图14~图19可看出，坡度一定时，边坡的安全系数随着坡高的增加指数级减小。通过数学拟合可以得到一定坡度下，坡高与安全系数的数学关系式。当坡比为1：0.75、1：1、1：1.25、1：1.5、1：1.75、1：2时，安全系数与坡高的函数关系式分别为：y=6.9715x−0.8791y=8.2334x−0.8571y=7.2289x−0.7562y=7.627x−0.7444y=7.6275x−0.7198y=7.7893x−0.7043

这样，只要已知边坡的坡度和坡高就可以通过以上公式得到对应边坡的安全系 数，由此来评价边坡的前期稳定性。《公路路基设计规范》JTGD30-2004规定：对于高速公路或一级公路路堑边坡，处于暴雨或连续暴雨工况时，安全系数为1.1～1.2，边坡稳定。因此，可得到一定坡度下边坡的临界高度，如表4所示。

表4不同坡高，不同坡比边坡的安全系数

坡度 坡高(m)安全系数1：0.75 8 1.121：1 101.171：1.25 11 1.121：1.5 12 1.101：1.75 14 1.111：2 161.13处治方案设计根据石忠高速公路B1合同段的地质条件和高液限土路堑边坡的设计要求，拟采用削坡、坡脚重力式挡土墙加固、土钉加固、土钉+坡脚重力式挡土墙等措施对深层高液限土路堑边坡进行处治，并辅以合理的排水设计和坡面防护措施。①削坡处治。此法主要用于处治小于12米的深层高液限土路堑边坡。其中，对于8米以下的边坡，削坡坡比为1：1；8~12米的边坡，削坡坡比为1：1.5。②重力式挡土墙加固。此法主要用于处治8~12米的深层高液限土路堑边坡。图20重力式挡土墙处治方案示意图③土钉加固。此法主要用于加固12~24米高的高液限土路堑边坡。图21土钉加固方案示意图图22重力式挡土墙+土钉处治方案示意图④重力式挡土墙土钉加固。此法主要用于加固24米以上的高液限土路堑边坡。深层高液限土路堑边坡排水设计

边坡排水设计原则：对于坡体内外的水应以“截、排、引”，“可疏而 不可堵”，“防渗、汇集、快速引出”为原则，合理采用拦截、疏干、

引排等措施，既能有效地排水，又能降低工程造价。

边坡地表排水设计：根据石忠高速公路路堑边坡的区域地貌、地形特

点，充分利用自然沟谷，在边坡体内外修筑截水沟、平台截水沟、集 水沟、排水沟、边沟、急流槽等，形成树杈状、网状排水系统，以迅 速引走坡面雨水。图23边坡体外截水沟横断面图24平台截水沟横断面图图25排水沟横断面图26边沟横断面图图27急流槽立面图图28急流槽断面图边坡地表排水设计：根据地勘资料表明，场地地下水较为贫乏，对于已渗入边坡内部的地下水，本文拟采用渗沟排除地下水，按其作用的不同分为截水渗沟、边坡渗沟、支撑渗沟等几种型式。图29截水渗沟平面布置图图30条形及分岔形渗沟立面图图31拱形边坡渗沟立面图深层高液限土路堑边坡坡面防护设计

坡面防护要求：应符合“因地制宜、就地取材、经济适用、美化景观”的原则。

应保持边坡土体的天然含水量状态的相对稳定，保持边坡土体结构的相对完

整性，保证土体足够的抗剪强度，能适应高液限土可能产生的膨胀变形和膨 胀力。

植物防护或浆砌片石拱型骨架草皮护坡：此法适用于对受雨水影响很小的弱 风化路堑边坡。图32坡面植物防护立面图图33坡面植物防护剖面图浆砌片石防护：对强风化的高液限土路堑边坡坡面，考虑高液限土长期保湿、抗渗、封闭严实、土体不受外部气候、雨水的影响，采用浆砌片石满铺代替采用浆砌片石骨架草皮护坡，注意做好排水设施，可配合以爬壁藤绿化美化。图34拱形骨架草皮防护立面图图35浆砌片石防护立面图挂网喷砂浆或喷混凝土防护：对使用了土钉加固或强风化的高液限土路堑边坡，采用外挂钢筋网，喷砂浆或喷混凝土防护，注意做好排水设施，可配合以爬壁藤绿化美化。高液限土路堑边坡处治后评价的数值模拟分析结构单元模拟梁（Beam）单元：它可以同另一个梁单元或土壤或岩石介质连接，以模拟各种问题，如挡土墙、敞口开挖的支撑、隧洞混凝土或喷混凝土衬砌、喷射混凝土面层支护及基脚地石结构等。锚索（Cable）单元：它能用来模拟灌浆或点锚的岩栓、土钉、索栓、锚杆、锚索及预应力锚索等削坡处治深层高液限土路堑边坡数值模拟选取12米高的边坡为研究典型，削坡坡比按照表4选取为1：1.5，其它参数同12米的原状边坡，按照前章建模方法，建立的计算模型,得到边坡的安全系数，处治前安全系数为0.91，处治后安全系数为1.1，边坡稳定。这是由于改变坡体形状后，坡体内部产生了应力调整；由于坡体的蠕滑，释放了部分应力。分析表明：合理改变坡比，可以极大地改善坡体内部应力的分布结构，减轻坡体的自重应力，增强坡体的稳定性。JOBTITLE:fos(*10^1)

5.000

FLAC(Version5.00)

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4.000

12-Jul-0722:40step11086-3.333E+00<x<6.333E+01-1.533E+01<y<5.133E+01FactorofSafety1.10Max.shearstrain-rate 0.00E+00 1.00E-05 2.00E-05 3.00E-05 4.00E-05 5.00E-05 6.00E-05 7.00E-05 8.00E-05Contourinterval=1.00E-05Boundaryplot3.0002.0001.0000.000

0Velocityvectors2E1-1.000maxvector=giic3.142E-040.5001.5002.5003.5004.5005.500

(*10^1)图36削坡后边坡的剪应变率云图和速度矢量图图37挡墙加固边坡的剪应变率云图和速度矢量图

重力式挡土墙处治深层高液限土路堑边坡数值模拟

选取工点的坡高为12米，设计坡比为1：1，挡土墙形式为仰斜重力式坡脚挡土墙， 墙高为2米，挡土墙进人稳定基岩深度为2.6米，挡墙基础采用片石换填。在原状12米 边坡建模的基础上，找到其破坏滑动面，把挡土墙设在坡体滑动面的前缘或坡脚部位。 其中，在FLAC中挡土墙用Beam单元模拟。通过计算得到安全系数为1.17，分析表明： 挡土墙加固边坡后，可以极大地改善坡体内部应力的分布结构，抑制坡脚变形，降低 坡高，增强坡体的稳定性。对比分析图38削坡坡脚节点位移随时步的变化曲线图39挡墙右侧节点位移随时步的变化曲线

①同工况下，削坡处治得到的安全系数为1.1，挡土墙处治的安全系数为1.17，坡体的最大剪应变率出现在坡脚，最大剪应变率为8×10-5，由于下部挡土墙的约束，挡土墙右侧形成变形集中区，最大剪应变率为2.5×10-5。说明挡土墙处治效果更明显，稳定性更好；应力集中的位置提高，大小相对减弱。

②通过监测削坡模型的边坡坡脚和挡墙处治模型的右侧节点的水平位移随时步的变化情况，削坡模型坡脚节点的最大位移为22cm，挡土墙右侧节点的最大位移仅为5cm。这说明挡墙处治比削坡处治更能有效遏制边坡产生最大位移量，抑制边坡破坏。削坡处治安全系数比挡墙处治安全系数小，说明挡土墙处治高液限土边坡更能有效提高边坡的总体稳定性。

③合理改变坡度能有效地改善边坡的稳定性，且工程量小，施工简单。但边坡坡度越缓，坡面暴露面积也越大，受大气降雨的影响范围也越大，降低坡体的稳定性；挡土墙加固边坡可以抑制坡脚变形，降低坡高，增强坡体的稳定性，必须弄清滑坡的性质、滑体结构、滑面层位和层数、滑体的推力以及挡墙基础地质情况，否则容易使墙体变形而失效。867XXXXX5XXXXX2XXXXXX1XXXXXXXXXXXXXX4.0003.0002.0001.0000.000

土钉处治深层高液限土路堑边坡数值模拟

计算参数及模型的建立所选取工点路堑边坡高为16米，坡比为1：1，边坡顶宽8米，坡脚前端宽6米，每8米为一级，平台宽1.5米。考虑土体内初始应力场的影响，土体先期在重力的作用下固结完成，然后逐步开挖成1：1的坡比。待开挖完成后，再从上至下进行土钉支护。地下水位取正常情况下的水位，重力加速度为9.8m/s2。土钉采用锚索（cable）单元模拟，喷射混凝土面层采用梁（beam）单元模拟，模型在水平方向边界施加方向约束，底部施加、方向约束。

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FLAC(Version5.00)

LEGEND 8-Nov-0718:12 step126451-3.778E+00<x<7.178E+01-1.574E+01<y<5.982E+01User-definedGroups

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9X X X X X X X X 34

X X X X X X XXX XXXX XX XXXBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB(*10^1) 5.000

-1.000giic0.5001.5002.5003.5004.5005.5006.500

(*10^1)图40土钉处治路堑边坡模型

土钉支护参数的正交试验优化设计土钉支护工程中影响支护效果的因素很多。经验表明：面层不是主要的受力部件，在这里只考虑钉长、钉间距和土钉倾角这3个主要因素。在实践经验和理论分析的基础上把这3个因素的各水平控制在适当的范围内，土钉长度一般为开挖深度的0.5~0.8倍，土钉的间距分别为0.7m~2.8m，土钉的倾角为5~200；按照所选取的3因素4水平模型，可以选取正交表L16(45)安排试验。表5土钉支护参数因素及水平

因素土钉间距D/m土钉长度L/m

土钉倾角/01水平

0.7 8 52水平

1.4 10 103水平

2.1 12 154水平

2.8 14 20表6土钉支护参数的正交试验方案及计算结果因素A(D)B(L)C(α)评价指标试验号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

11(0.7) 1 1 12(1.4) 2 2 23(2.1) 3 3 34(2.8) 4 4 4

2 1(8)2(10)3(12)4(14) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

3 1(50)2(100)3(150)4(200) 2 1 4 3 3 4 1 2 4 3 2 14123434124321214351234432121433412安全系数

1.72 1.68 1.57 1.42 1.47 1.81 1.42 1.51 1.49 1.25 1.72 1.61 1.37 1.44 1.55 1.67安全系数安全系数安全系数24表7因素对评价指标的影响水平安全系数ABC

1 3极差顺序1.59751.5525 1.5451.5075 0.09 21.5125 1.545 1.5651.55250.0525 3

1.731.57751.5025 1.365 0.365 11.61

1.61.591.581.571.561.551.541.531.521.51 1.51.81.71.61.51.41.31.571.561.551.541.531.521.51 1.50.511.522.53510152025810121416土钉间距(m)土钉倾角(0)土钉长度(m)图41土钉间距与安全系数的关系图42土钉倾角与安全系数的关系图43土钉长度与安全系数的关系

土钉处治的效果评价以16m高的路堑边坡为例，在正交试验分析的基础上，选取较经济的土钉参数（钉长10m，间距为1.4m，倾角为50），建立土钉支护路堑边坡模型，并与未处治的路堑边坡对比，从以下几个方面对土钉加固路堑边坡的加固效果进行评价。整体稳定性

FactorofSafety0.77Max.shearstrain-rate 0.00E+00 5.00E-05 1.00E-04 1.50E-04 2.00E-04 2.50E-04 3.00E-04图44未处治FactorofSafety1.21Max.shearstrain-rate 0.00E+00 5.00E-04 1.00E-03 1.50E-03 2.00E-03 2.50E-03图45土钉处治)水平位移

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X-axis:Numberofsteps0.000-0.500-1.000-1.500-2.000-2.500-3.000-3.500

10-Nov-0716:40 step17002HISTORYPLOT Y-axis: 1Xdisplacement(17,17)

2Xdisplacement(23,24)

3Xdisplacement(29,29)

4Xdisplacement(32,29)

5Xdisplacement(41,38)

6Xdisplacement(48,45)

X-axis:Numberofsteps0.000-0.200-0.400-0.600-0.800-1.000-1.200-1.400246810121416510152025(1003)giic(1003)

giic图46未处治的边坡坡面水平位移随时步的变化曲线图47土钉处治的边坡坡面水平位移随时步的变化曲线2.7501.2502.0000.7501.0000.2500.000-0.250-1.000土钉内力分析

JOBTITLE:16-geyinsudebianhuguilvFLAC/SLOPE(Version5.00)

LEGEND(*10^1)

JOBTITLE:1FLAC(Version5.00)

LEGEND(*10^1) 5.0002.25023-Nov-0717:0111-Nov-0710:23FactorofSafety1.271.750step25026-3.778E+00<x<7.178E+01-1.576E+01<y<5.979E+014.000AxialForceonStructureMax.ValueCablePlot#1(Cable)-7.690E+03#2(Cable)-4.248E+03#3(Cable)-5.204E+03#4(Cable)-7.285E+03#5(Cable)-1.042E+04#6(Cable)-1.460E+04#7(Cable)-1.828E+04#8(Cable)-2.016E+04#9(Cable)-2.351E+04#10(Cable)-2.350E+04#11(Cable)-3.010E+04#12(Cable)-3.584E+04#13(Cable)-4.479E+04#14(Cable)-5.013E+04#15(Cable)-5.135E+04#16(Cable)-5.277E+04#17(Cable)-4.948E+04#18(Cable)-4.095E+04

Sp.ShearFconStructureMax.Value#2(Cable)-7.976E+03#3(Cable)7.851E+03#4(Cable)4.558E+03#5(Cable)4.946E+03#6(Cable)-7.828E+03#7(Cable)-7.876E+03#8(Cable)-7.849E+03#9(Cable)-7.866E+03#10(Cable)-7.895E+03#11(Cable)-7.848E+03#12(Cable)-7.855E+03#13(Cable)-7.864E+03#14(Cable)-7.858E+03#15(Cable)-7.856E+03#16(Cable)8.033E+03#17(Cable)8.154E+03giic3.0000.2500.7501.2501.7502.2502.7503.2500.5001.5002.5003.5004.5005.5006.500

(*10^1)图48土钉轴力分布图

(*10^1)图49土钉剪力分布图喷射混凝土面层内力分析

JOBTITLE:1

FLAC(Version5.00)

LEGEND 11-Nov-0710:23 step25026-3.778E+00<x<7.178E+01-1.576E+01<y<5.979E+01BeamPlot

AxialForceon(*10^1) 5.000 4.000 3.000

JOBTITLE:1

FLAC(Version5.00)

LEGEND 11-Nov-0710:23 step25026-3.778E+00<x<7.178E+01-1.576E+01<y<5.979E+01BeamPlot

Momenton(*10^1) 5.000 4.000 3.000StructureMax.Value#1(Beam)1.371E+05Boundaryplot2.000StructureMax.Value#1(Beam)-1.270E+05Boundaryplot2.00002E102E1giic1.0000.000-1.000giic1.0000.000-1.0000.5001.5002.500

3.500(*10^1)4.5005.5006.5000.5001.5002.500

3.500(*10^1)4.5005.5006.500图50土钉墙喷射混凝土面层轴力分布图图51土钉墙喷射混凝土面层剪力分布图9XXXX8XXXXXXXXXX5XXXXXXXX2XXXXXXXXXXXXXXX5.0004.0003.0002.0001.0000.000BB

土钉+挡土墙处治深层高液限土路堑边坡数值模拟

计算参数及模型的建立选取工点路堑边坡高为24米，分三级开挖形成坡比为1：1的边坡，每8m为一级，平台宽1.5m，边坡顶宽8米，坡脚前端宽6米。地下水位取正常情况下4m高的水位线，重力加速度为9.8m/s2。为与现场施工情况一致，并考虑土体内初始应力场的影响，土体先期在重力的作用下固结完成，然后逐步开挖成1：1的坡比。待开挖完成后，在坡脚设置2m高的挡土墙，再从上至下进行土钉支护（钉长为18m、间距为2.1m、倾角为50），并喷射混凝土面层。JOBTITLE:dangqiang(*10^1)FLAC(Version5.00)

7.000

LEGEND

6.000

29-Dec-0722:53 step3223-4.833E+00<x<9.183E+01-1.831E+01<y<7.836E+01User-definedGroups

gaoyexiantu:gaoyexiantu dangqiang:dangqiangGridplot 02E1MarkedGridpointsFixedGridpoints XX-direction BBothdirectionsHistoryLocationsBeamplotCableplot

10111213X X X X X X X 67

X X X X X X X 34X X X X X X X XX1XXXXXXXXXXBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBX-1.0000.5001.5002.5003.5004.5005.5006.5007.5008.500

(*10^1)图52土钉+挡土墙处治路堑边坡模型整体稳定性

FactorofSafety0.68

Max.shearstrain-rate0.00E+001.00E-052.00E-053.00E-054.00E-055.00E-056.00E-05

图53未处治（0.68）FactorofSafety0.72Max.shearstrain-rate 0.00E+00 1.00E-04 2.00E-04 3.00E-04 4.00E-04 5.00E-04 6.00E-04 7.00E-04

图54挡土墙处治（0.72）FactorofSafety1.46Max.shearstrain-rate 5.00E-06 1.00E-05 1.50E-05 2.00E-05 2.50E-05

图55挡土墙处治（1.46）水平位移

JOBTITLE:xdis JOBTITLE:xdis

FLAC(Version5.00)FLAC(Version5.00)(10-02)

LEGENDLEGEND29-Dec-0720:192.000

29-Dec-0721:38 step17123HISTORYPLOT Y-axis: 1Xdisplacement(14,13)

2Xdisplacement(22,22)

3Xdisplacement(30,29)

4Xdisplacement(33,29)

5Xdisplacement(42,38)

6Xdisplacement(49,45)

7Xdisplacement(52,45)

8Xdisplacement(60,53)

9Xdisplacement(68,61)

X-axis:Numberofsteps0.000-1.000-2.000-3.000-4.000-5.000

step3370HISTORYPLOT Y-axis: 1Xdisplacement(14,13)

2Xdisplacement(22,22)

3Xdisplacement(30,29)

4Xdisplacement(33,29)

5Xdisplacement(42,38)

6Xdisplacement(49,45)

7Xdisplacement(52,45)

8Xdisplacement(60,53)

9Xdisplacement(68,61)

X-axis:Numberofsteps1.5001.0000.5000.000-0.500-1.000-1.500-2.000-2.50024681012141651015202530(1003)(1002)图56未处治的边坡坡面水平位移随时步的变化曲线图57土钉+挡土墙处治的边坡坡面水平位移随时步的变化曲线7.000土钉内力分析JOBTITLE:1(*10^1)

JOBTITLE:1FLAC(Version5.00)

LEGEND(*10^1) 7.000FLAC(Version5.00)

LEGEND6.000

31-Dec-0714:39 step252535-4.833E+00<x<9.183E+01-1.831E+01<y<7.836E+01CablePlot

AxialForceonStructureMax.Value#4(Cable)-1.006E+05#5(Cable)-7.257E+04#6(Cable)-8.128E+04#7(Cable)-1.064E+05#8(Cable)-1.219E+05#9(Cable)-1.539E+05#10(Cable)-1.723E+05#11(Cable)-2.121E+05#12(Cable)-2.442E+05#13(Cable)-2.862E+05#14(Cable)-3.790E+05#15(Cable)-4.771E+05#16(Cable)-3.329E+05#17(Cable)-4.025E+05#18(Cable)-4.664E+05#19(Cable)-4.904E+056.0005.0004.0003.0002.0001.0000.000-1.000

31-Dec-0714:39 step252535-4.833E+00<x<9.183E+01-1.831E+01<y<7.836E+01CablePlot

ShearForceonStructureMax.Value#4(Cable)0.000E+00#5(Cable)0.000E+00#6(Cable)0.000E+00#7(Cable)0.000E+00#8(Cable)0.000E+00#9(Cable)0.000E+00#10(Cable)0.000E+00#11(Cable)0.000E+00#12(Cable)0.000E+00#13(Cable)0.000E+00#14(Cable)0.000E+00#15(Cable)0.000E+00#16(Cable)0.000E+00#17(Cable)0.000E+00#18(Cable)0.000E+00#19(Cable)0.000E+005.0004.0003.0002.0001.0000.000-1.0000.5001.5002.5003.500

4.500(*10^1)5.5006.5007.5008.5000.5001.5002.5003.500

4.500(*10^1)5.5006.5007.5008.500图58土钉轴力分布图图59土钉剪力分布图喷射混凝土面层内力分析JOBTITLE:1(*10^1)JOBTITLE:1(*10^1)FLAC(Version5.00)

LEGEND7.000FLAC(Version5.00)

LEGEND7.000

31-Dec-0714:39step252535-4.833E+00<x<9.183E+01-1.831E+01<y<7.836E+016.0005.000

31-Dec-0714:39step252535-4.833E+00<x<9.183E+01-1.831E+01<y<7.836E+016.0005.000Boundaryplot4.000Boundaryplot4.000

0BeamPlot

AxialForceon2E13.000

0BeamPlot

Momenton2E13.000StructureMax.Value#1(Beam)-8.687E+05StructureMax.Value#1(Beam)1.473E+05#2(Beam)1.880E+062.000#2(Beam)1.164E+062.000#3(Beam)-2.227E+061.0000.000-1.000#3(Beam)4.749E+041.0000.000-1.0000.5001.5002.5003.5004.5005.5006.5007.5008.5000.5001.5002.5003.5004.5005.5006.5007.5008.500

(*10^1)图60土钉墙喷射混凝土面层轴力分布图

(*10^1)图61土钉墙喷射混凝土面层剪力分布图深层高液限土路堑边坡处治措施的离心模型试验验证土工离心机模型试验的基本原理1.试验原理ω边坡模型图62土工离心机试验远离了示意图2.土工离心机模型的相似性3.土工离心机模型试验存在的问题：离心力场问题、起动与制动误差、边界效应问题、粒径效应问题、局部模拟问题

试验方案1.试验设备图63TLJ-60型土工离心机主机图64TLJ-60型土工离心机控制室2.试验目的：降雨对边坡稳定性的影响，验证各处治措施的可行性，找出边坡变形发展规律，并与数值模拟作对比分析。3.试验方案设计表8模型方案设计表试验编号M1M2M3M4M5含水量(%)4235353535天然密度

(kg/m3) 1810 1850 1850 1850 1850坡比1:11:11:11:1.51:1坡高(cm)3636363636模型宽

(cm) 60 60 60 60 60模型比尺1:501:501:501:501:50

处治 措施无无挡土墙削坡土钉4.模型制备图65挡土墙施工图66土钉施工试验结果及分析1.第一组模型试验2.第二组模型试验3.第三组模型试验4.第四组模型试验5.第五组模型试验坡高（cm）坡高（cm）坡度（cm）坡高（cm）坡高(cm)5050506.坡体最大水平位移3025201510最大水平位移（cm）3025201510最大水平位移（cm）3025201510最大水平位移(cm)456789101111.21.41.61.8200.20.40.60.813025201510 53025201510 50最大水平位移（cm）000.040.080.120.160.20.50.70.91.11.3最大水平位移(cm)竖向位移(cm)竖向位移(cm)竖向位移(cm)竖向位移(cm)竖向位移(cm)024040404040047.坡体最大竖向位移距边坡右侧边缘的距离(cm)距边坡边缘右侧距离(cm)距边坡右侧边缘的距离(cm)812162024283236404448525660

00.20.4812162024283236404448525660

00.10.2812162024283236404448525660

6 81012141618

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 11.11.2

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

距边坡右侧边缘距离(cm)8121620242832364044485256600.10.20.30.40.50.60.70.8

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

距边坡右侧边缘的距离(cm)812162024283236404448525660离心模型试验与数值模拟对比分析1.挡土墙处治FactorofSafety1.17Max.shearstrain-rate5.00E-071.00E-061.50E-062.00E-062.50E-063.00E-062.削坡处治FactorofSafety1.10Max.shearstrain-rate0.00E+001.00E-052.00E-053.00E-054.00E-055.00E-056.00E-057.00E-058.00E-053.土钉处治FactorofSafety1.31Max.shearstrain-rate0.00E+002.50E-065.00E-067.50E-061.00E-051.25E-051.50E-051.75E-05处治措施的施工技术及工程应用施工技术施工流程

工程应用施工工艺注意事项主要结论本文以重庆石忠高速公路的路堑边坡修筑技术为依托，对高液限土的工程性质进行了系统分析，并利用有限差分法软件FLAC对深层高液限土路堑边坡进行了前期稳定性分析；在此基础上，得出了深层高液限土路堑边坡的处治方案，并对处治效果进行了数值模拟分析及防护后评价；利用土工离心机模型试验技术，对深层高液限土路堑边坡的处治措施进行了模型试验，验证了处治方案的可行性和合理性，并对处治方案的施工技术做了系统的研究，取得了一些积极的成果，得到了以下一些有益的结论：（1）高液限土是一种分布广泛，并对工程建设有特殊危害的特殊土，其天然含水量较高、液限一般在43.6%～64.31%、饱和度较大、有机含量非常小、颗粒细而均匀，粘粒含量（粒径小于0.002mm的颗粒含量）较高、液性指数在0.5～1.9、天然孔隙比大；（2）抗剪强度对含水量的变化很敏感，粘聚力和内摩擦角随着含水量的增加而减小；说明高液限土水敏感性强，干湿交替会使抗剪强度急剧减小，造成土体强度的降低，危害边坡的安全。（3）山区深层高液限土路堑边坡的主要病害为：冲蚀、剥落、泥流、溜塌、坍滑和滑坡。（4）由图14~图19可看出，坡度一定时，边坡的安全系数随着坡高的增加指数级减小。通过数学拟合可以得到一定坡度下，坡高与安全系数的数学关系式。当坡比为1：0.75、1：1、1：1.25、1：1.5、1：1.75、1：2时，安全系数与坡高的函数关系式分别为：y=6.9715x−0.8791y=8.2334x−0.8571y=7.2289x−0.7562y=7.627x−0.7444y=7.