工程力学 ›› 2019, Vol. 36 ›› Issue (12): 90-97.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0686

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基-填界面开挖台阶对顺坡填筑高边坡稳定性影响研究

吴志轩1, 张大峰1, 孔郁斐1, 杨军1,2, 宋二祥1,2   

  1. 1. 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室, 北京 100084;
    2. 城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程实验室, 北京 100084
  • 收稿日期:2018-12-20 修回日期:2019-03-25 出版日期:2019-12-25 发布日期:2019-03-28
  • 通讯作者: 杨军(1974-),男,四川广安人,副研究员,博士,主要从事地下工程教学和研究(E-mail:junyang@tsinghua.edu.cn). E-mail:junyang@tsinghua.edu.cn
  • 作者简介:吴志轩(1992-),男,辽宁丹东人,硕士生,主要从事岩土工程和地下工程方面研究(E-mail:wu-zx16@mails.tsinghua.edu.cn);张大峰(1992-),男,安徽抚州人,硕士,主要从事岩土工程和地下工程方面研究(E-mail:zhangdf09@foxmail.com);孔郁斐(1991-),男,江苏泰兴人,博士,主要从事岩土工程和地下工程方面研究(E-mail:kongyufei@tsinghua.org.cn);宋二祥(1957-),男,河北博野人,教授,博士,博导,主要从事岩土工程、地下工程等领域的教学与科研工作(E-mail:songex@tsinghua.edu.cn).
  • 基金资助:
    国家重点基础研究发展计划项目(2014CB047004);中国路桥科研项目(2015C008)

STUDY ON STABILITY INFLUENCE OF HIGH SLOPE FOUNDATION-FILL INTERFACIAL EXCAVATION STEPS

WU Zhi-xuan1, ZHANG Da-feng1, KONG Yu-fei1, YANG Jun1,2, SONG Er-xiang1,2   

  1. 1. Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of China Education Ministry, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
    2. National Engineering Laboratory for Green & Safe Construction Technology in Urban Rail Transit, Beijing 100084, China
  • Received:2018-12-20 Revised:2019-03-25 Online:2019-12-25 Published:2019-03-28

摘要: 高填方边坡在山区机场和水利工程建设中大量存在,在基岩和填土界面处开挖台阶可以提高边坡安全性。通过Bishop方法和有限元方法,分别研究了在基-填界面上开挖台阶对提高无限长和有限长高填方边坡稳定性的贡献和机理。并以某西南山区高填方工程为例,分析考虑暴雨、地震情况下,开挖台阶对边坡稳定性的影响。开挖台阶是否能显著提高边坡稳定性需考虑台阶形状和基-填界面的相对强度(界面折减系数)的影响。当基岩强度较高且界面折减系数较小时,台阶开挖有利于提高稳定性;反之,界面折减系数越接近于1,台阶的作用越微弱。台阶位于坡脚时有利于增加边坡稳定性。暴雨与地震会使滑裂面加深,开挖台阶对稳定性影响趋势不变。

关键词: 基-填界面, 顺层边坡, 台阶开挖, 稳定性分析, 高填方

Abstract: High filling slopes are widely used in airports and water conservancy projects in mountainous areas. Excavating steps at the interface of bedrock and soil filling can improve slope stability. Using Bishop's and finite element methods, the contribution of excavation steps on foundation-filling interfaces to improve the stability of a high fill slope is studied. Taking a high filling project in a southwest mountainous area as an example, the influence of excavation steps on slope stability is analyzed with the consideration of a heavy rain and an earthquake situation. Step excavation cannot significantly improve slope stability. The shape of steps and the relative strength of foundation-filling interfaces should be considered. When the strength of bedrock is high and the interfacial folding coefficient is small, step excavation is beneficial to improve stability. The higher the relative strength is, the smaller the effect of steps is. On the contrary, the closer the interface reduction coefficient is to 1, the weaker the step effect is. When the steps are located at the foot of a slope, it is beneficial to increase the stability of the slope. The influence of excavation steps on stability is unaltered.

Key words: foundation-filling interface, bedding slope, step excavation, stability analysis, high filling

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  • TU751.6
[1] 徐明, 陈金锋, 宋二祥. 陡坡寺中微风化料的大型三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2010, 31(8):2496-2500. Xu Ming, Chen Jinfeng, Song Erxiang. Large scale triaxial testing of Douposi moderately-to-slightly weatherd fill materials[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(8):2496-2500. (in Chinese)
[2] 徐则民, 张倬元, 许强, 等. 九寨黄龙机场填方高边坡动力稳定性分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(11):1883-1890. Xu Zemin, Zhang Zhuoyuan, Xu Qiang, et al. Dynamic stability analysis of high fill slope of Jiu Zhai-Huang Long airfield[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004, 23(11):1883-1890. (in Chinese)
[3] 黄佳昕. 山区机场填方地基加强处理区域及顺坡填筑边坡稳定分析[D]. 北京:清华大学, 2009. Huang Jiaxin. Slope stability of the improvement area in soft ground and fills on slope foundation in mountainous regions.[D]. Beijing:Tsinghua University, 2009(in Chinese)
[4] 刘宏, 李攀峰, 张倬元, 等. 山区机场高填方地基变形与稳定性系统研究[J]. 地球科学进展, 2004, 19(增刊1):324-328. Liu Hong, Li Panfeng, Zhang Zhuoyuan, et al. A systematic research on the deformation and stability of high embankment of airport in mountains area[J]. Advance in Earth Sciences, 2004, 19(Suppl 1):324-328. (in Chinese)
[5] 陈金锋, 宋二祥, 徐明. 山区顺坡填筑边坡稳定的强度折减有限元分析[J]. 工业建筑, 2012, 42(1):103-109. Chen Jinfeng, Song Erxiang, Xu Ming. Application of FEM with strength reduction to stability analysis of filled slope on incline rock ground[J]. Industrial Construction, 2012, 42(1):103-109. (in Chinese)
[6] 吴红刚, 冯文强, 艾挥, 等. 山区机场高填方边坡工程实践与研究[J]. 防灾减灾工程学报, 2018(2):385-400. Wu Honggang, Feng Wenqiang, Ai Hui, et al. Engineering practice and research on High Fillslope of Mountainous Airport[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2018(2):385-400. (in Chinese)
[7] 沈国印. 高速公路新老路基拼接的台阶开挖效果分析[J]. 公路, 2012(7):49-53. Shen Guoyin. Analysis of effect of step excavation in splicing between new and existing embankment of Expressway[J]. Highway, 2012(7):49-53. (in Chinese)
[8] 李玉, 贾献卓. 山前平原区高速公路路基加宽施工关键技术研究[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2017(10):56-59. Li Yu, Jia Xianzhuo. Study on key technology of highway subgrade widening construction in piedmont plain[J]. Highway Traffic Technology (Applied Technology Edition), 2017(10):56-59. (in Chinese)
[9] GB 51254-2017, 高填方地基技术规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2017. GB 51254-2017, Technical code for deep filled ground[S]. Beijing:China Building Industry Press, 2017. (in Chinese)
[10] MH/T 5035-2017, 民用机场高填方工程技术规范[S]. 北京:中国民航出版社, 2017. MH/T 5035-2017, Technical code for high filling engineering of airport[S]. Beijing:China Civil Aviation Press, 2017. (in Chinese)
[11] Tian Chenglin, Ning Chunming, Liao Hongjian. Study on mechanical characteristics of micropiles in step-shaped slope[C]. Proceedings of the inaugural World Transport Convention, Beijing, China, June 4-6, 2017.
[12] 杨校辉, 朱彦鹏, 周勇, 等. 山区机场高填方边坡滑移过程时空监测与稳定性分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2016(增刊2):538-551. Yang Xiaohui, Zhu Yanpeng, Zhou Yong, et al. Time-space monitoring and stability analysis of high fill slope slip process at a airport in mountain region[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016(Suppl 2):538-551. (in Chinese)
[13] 徐光明, 邹广电, 王年香. 倾斜基岩上的边坡破坏模式和稳定性分析[J]. 岩土力学, 2004, 25(5):703-708. Xu Guangming, Zou Guangdian, Wang Nianxiang. Fail mode and stability analysis of soil slope on inclined bedrock[J]. Rock and Soil Mechanics, 2004, 25(5):703-708. (in Chinese)
[14] 刘欣欣, 唐春安, 龚斌, 等. 基于DDD离心加载法的黑山铁矿西帮边坡稳定性研究[J]. 工程力学, 2018, 35(1):191-200. Liu Xinxin, Tang Chunan, Gong Bin, et al. Research on the stability of the west slope of the Heishan iron mine based on the DDD centrifugal loading method[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(1):191-200. (in Chinese)
[15] Gong B, Tang C A. Slope-slide simulation with discontinuous deformation and displacement analysis[J]. International Journal of Geomechanics, 2016:E4016017.
[16] 杨广庆, 张仲帆, 熊保林, 等. 台阶开挖技术在高速公路路堤拓宽中的应用及研究[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2015, 11(1):68-72,123. Yang Guangqing, Zhang Zhongfan, Xiong Baolin, et al. Application and research of step excavation technology in widening of expressway embankment[J]. Highway Traffic Technology (Applied Technology Edition), 2015, 11(1):68-72,123. (in Chinese)
[17] 蒋水华, 姚池, 杨建华, 等. 基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法[J]. 工程力学, 2018, 35(8):154-161. Jiang Shuihua, Yao Chi, Yang Jianhua, et al, Model correction factor method based approach for reliability analysis of spatially variable slopes[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(8):154-161. (in Chinese)
[18] Jiang S H, Li D Q, Cao Z J, et al. Efficient system reliability analysis of slope stability in spatially variable soils using monte carlo simulation[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2016, 75:18-27.
[19] 郭振. 茅台机场2号填方斜坡稳定性研究[D]. 成都:成都理工大学, 2013. Guo Zhen. Research on the stability of the NO.2 embankment slope of the MaoTai airport[D]. Chengdu:Chengdu University of Technology, 2013. (in Chinese)
[20] 郑颖人, 叶海林, 黄润秋, 等. 边坡地震稳定性分析探讨[J]. 地震工程与工程振动, 2010, 30(2):173-180. Zheng Yingren, Ye Hailin, Huang Runqiu, et al. Study on the seimic analysis of a slope[J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2010, 30(2):173-180. (in Chinese)
[21] 宋二祥,孔郁斐,杨军. 土工结构安全系数定义及相应计算方法讨论[J]. 工程力学, 2016, 33(11):1-10. Song Erxiang, Kong Yufei, Yang Jun. Discussion of safety factor definitions and computation method for geotechnical structures[J]. Engineering Mechanics, 2016, 33(11):1-10. (in Chinese)
[1] 邱天琦, 杨军, 吴志轩, 沈兆普, 梁宇钒. 复理石顺层边坡最危险岩层倾角及简化的单一层面模型[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 217-221,228.
[2] 文颖, 陶蕤. 基于加速度泰勒展开的动力学方程显式积分方法[J]. 工程力学, 2018, 35(11): 26-34.
[3] 马会环, 余凌伟, 王伟, 范峰. 铝合金半刚性椭圆抛物面网壳静力稳定性分析[J]. 工程力学, 2017, 34(11): 158-166.
[4] 孙玉进, 宋二祥, 杨军. 基于非线性强度准则的土工结构安全系数有限元计算[J]. 工程力学, 2016, 33(7): 84-91.
[5] 陆念力, 都亮. 多级阶梯柱侧向刚度与轴压临界力的精确分析及其实用算式[J]. 工程力学, 2015, 32(8): 217-222.
[6] 姜浩, 徐明. 碎石料应力路径大型三轴试验的离散元模拟研究[J]. 工程力学, 2014, 31(10): 151-157,180.
[7] 樊星,袁奇,高进,余沛坰. 超临界机组给水泵汽轮机挠性支承结构稳定性计算与实验研究[J]. 工程力学, 2013, 30(4): 410-416.
[8] 陈金锋, 徐明, 宋二祥, 曹光栩. 不同应力路径下石灰岩碎石力学特性的大型三轴试验研究[J]. 工程力学, 2012, 29(8): 195-201.
[9] 蔡建国, 涂展麒, 冯健, 张晋. 初始缺陷对三向张弦梁结构整体稳定性影响研究[J]. 工程力学, 2012, 29(8): 220-226.
[10] 陈金锋, 宋二祥. 西南山区机场高填方边坡反压护道优化设计[J]. 工程力学, 2012, 29(6): 85-91,97.
[11] 陆念力 孟丽霞. 基于二阶理论的弹性约束变截面悬臂梁刚度与稳定性分析[J]. 工程力学, 2012, 29(12): 365-369.
[12] 李增志;别社安;任增金. 抛石防波堤稳定性的离散单元法分析[J]. 工程力学, 2009, 26(增刊 I): 111-114.
[13] 陈永辉;王新泉;刘汉龙;. 基于尖点突变理论的Y型桩屈曲临界荷载分析[J]. 工程力学, 2009, 26(4): 119-127.
[14] 陆念力;张宏生. 计及二阶效应的一种变截面梁精确单元刚度阵[J]. 工程力学, 2008, 25(12): 60-064,.
[15] 郭泽英;李青宁;张守军. 结构地震反应分析的一种新精细积分法[J]. 工程力学, 2007, 24(4): 0-040.
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[1] 曾宪武;韩大建. 多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 74 -80 .
[2] 魏红卫;喻泽红;邹银生. 土工合成材料加筋边坡剪切屈服区特性和破坏模式[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 104 -108 .
[3] 刘润;徐余;闫澍旺. 减沉桩基础作用特性的有限元分析[J]. 工程力学, 2006, 23(2): 144 -148 .
[4] 邢静忠;柳春图;徐永君. 埋设悬跨海底管道的屈曲分析[J]. 工程力学, 2006, 23(2): 173 -176, .
[5] 张华;单建. 薄膜结构随机风场模拟和耦合风振响应分析[J]. 工程力学, 2006, 23(10): 19 -24 .
[6] 张希;姚振汉. 无网格彼得洛夫伽辽金法在大变形问题中的应用[J]. 工程力学, 2006, 23(S1): 16 -20 .
[7] 杨志军;陈 新;吴晓明;陈塑寰. 结构拓扑修改静态重分析自适应迭代方法[J]. 工程力学, 2009, 26(11): 36 -040, .
[8] 常 放;吕振华;郭孔辉. 汽车操纵稳定性的CAE分析技术及应用[J]. 工程力学, 2009, 26(12): 196 -203 .
[9] 尹 犟;易伟建;胡其高. 结构整体抗震性能评估新方法[J]. 工程力学, 2010, 27(03): 123 -131 .
[10] 杨 帆;马连生. 前屈曲耦合变形对FGM圆板稳定性的影响[J]. 工程力学, 2010, 27(4): 68 -072, .
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2018年11月15日