高速公路改扩建边坡工程的稳定性数值分析

第２期（总￣；２１５期）　山西交通科技　Ｑ　生　月——Ｓ　Ｌ　ｉⅪＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＦ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．　高速公路改扩建边坡工程的稳定性数值分析　尹志钢　（山西省交通科学研究院，山西　太原０３０００６）　摘要：针对某高速公路改扩建过程中对边坡工程的二次开挖卸荷的稳定性问题进行分析，　采用有限元软件ｍｉｄａｓ／ｇｔｓ对边坡的开挖支护过程进行模拟，得出了开挖边坡过程中的应力场　变化规律，开挖同时应对边坡及时支护。并求得了支护后的边坡安全系数。　关键词：边坡；二次；开挖；公路；改扩建；稳定性；分析　中图分类号：Ｕ４１６．１４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－３５２８（２０１２）０２－－０００５－－０２　随着我国社会经济的迅猛发展，车辆数量呈井　喷式增长，早期修建的高速公路已无法满足现有交　果对边坡二次开挖的问题研究较少，很难通过理论　或经验的方法对其进行分析，文章采用有限元分析的　通量及远景规划要求，许多高速公路局部段落出现　方法对边坡的二次开挖支护问题进行系统分析　。　了堵车严重的情况，这就需要对原有高速公路进行　实际边坡的地质概况与边坡形式如图１所示，　拓宽改建。在路基改扩建过程中，势必要对原有已稳　定路堑挖方边坡进行二次开挖，再次影响边坡的稳　定性。由于道路改扩建工程在我国的兴起也仅是近　几年的事情，相应的研究成果较少，综述如下：　边坡高度为８　ｍ，土层较为简单，钻探揭露边坡上部　为厚度２　ｍ的黏土，下部为厚度６　ｍ的强风化的砂　岩。原始坡面坡度约为１：３，第一次开挖后边坡坡　度为１：１，未进行工程防护措施；第二次开挖后边　坡坡度为１：０．５，由于边坡坡度较陡，所以采用锚杆　支护的形式进行处理，锚杆直径２８　ｍｍ，长度为５　Ｉｎ，　陈宾啪（２０１０）对道路改扩建膨胀土边坡工程过　程稳定性及失稳特点进行了分析，并提出了以维持　原有自然平衡、遏制岩土强度衰减、充分发挥原支护　锚间距为２．５　ｍ，横向间距为２　ｍ。　结构作用及边坡自稳能力为目的的“预加固，强支　护，低开口”处置思路；周波翻（２０１１）采用有限元强度　折减法对公路改扩建边坡工程进行全过程模拟分　析，分析开挖路堑边坡的塑性应变和位移场分布及　变化规律，并对边坡整体稳定性做出了评价；谢雯［３１　（２ｏ１１）从经济角度出发，结合郴资桂大道改造五期　工程案例，提出了两种不同的支护方案，并对两种支　护方案进行对比和经济分析，得出了更适用于郴州　地区改扩建道路边坡支护的方案。　结合已有研究成果，本文采用有限元软件结合　强度折减法对二次开挖过程中路堑边坡开挖支护过　程进行模拟，同时对开挖过程中应力场的变化规律　及支护安全系数进行数值分析，确保边坡的稳定性。　１工程概况　弱风化砂岩　图１边坡工程地质概况　２有限元计算分析　有限元计算采用的计算软件为Ｍｉｄａｓ／ｇｔｓ，计算　模型为平面应变模型。边坡土体计算采用的本构模　型为摩尔库伦准则，土体计算参数通过直剪试验得　出；由于边坡所在地基较为稳定，为弱风化的砂岩，　边坡稳定性分析与地基的关系不大，所以地基位置　处的本构关系采用线弹性本构关系进行分析问，计算　某高速公路进行改扩建工程，部分路段需要对　路堑边坡进行二次开挖，二次开挖造成的影响对边　参数如表１所示（第６页）；锚杆采用线弹性本构关　系进行分析，弹性模量为２００　ＧＰａ，泊松比为Ｏ．３。　坡的稳定与否起着关键性的作用。由于现有研究成　收稿日期：２０１１—１２．ｏ７；修回日期：２０１２—０２—２７　作者简介：尹志钢（１９７　７＿　），男，新疆乌鲁木齐人。工程师，大学本科，２０００年毕业于长安大学桥梁工程专业。　２０１２年第２期　郭风俊：二级公路改建一级公路路基断面设计　・９・　道，增加安全警示标志、振荡标线、黄闪灯等安全设　施。　改造其路基标准断面与右幅一致，而右幅新建路基　则与原孙吴线路基标准断面相同，并保证互换段线　性的顺畅和路面结构的统一。　７结束语　‘＝：５０　ｐ　５晴．＾　５ｏ．ｉ　川　：　随着高速公路网的日益完善，改扩建公路作为　新建高等级公路的一种补充形式，在地方公路建设　中充当日益重要的角色。但每条改扩建公路的情况　各不相同，在改扩建公路设计中，要注重对原有道路　图３左右幅路基连通线平面图　的调查，针对不同的情况做不同的设计，因地制宜，　６．２左右幅转换　本着节约成本，提高标准，适应交通需求的角度，细　在设计过程中，旧路两侧有两处ｌ　１０　ｋＶ的高压　化每一个设计原则，希望通过本文对大同孙启庄一　铁塔，为避让铁塔，左右幅路基有两处交叉，即局部　东王庄公路二级公路改建一级公路的改建工程路基　段落左右幅路基互换。为保证行车的舒适性和一致　断面形式的阐述，积累一些改扩建公路的设计经验，　性，在交叉处需破坏左幅原孙吴线路的混凝土面层，　为以后该类型的设计提供有益的参考和借鉴。　Ｔｈｅ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　Ｇｒａｄｅ　Ｉ　Ｈｉｇｈｗａｙ　ＧＵＯ　Ｆｅｎｇ－ｊｕｎ　（Ｔａｉｙｍｍ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｈｉｇｈｗａｙ　ＢｕｒｅａｕｂＴａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３００１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｌｌ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　Ｓｕｎｑｉｚｈｕａｎｇ　ｔｏ　Ｄｏｎｇｗａｎｇｚｈｕａｎｇ　Ｈｉｇｈｗａｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｄｅ　Ｉ　ｈｉｇｈｗａｙ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ；ｓｕｂｇｒａｄｅ；ｓｔｎａｄａｒｄ；ｓｅｃｔｉｏｎ；ｓｈａｐｅ；ｄｅｓｉｇｎ　（上接第６页）　ｂ）无支护进行边坡的二次开挖的安全系数较　长沙：中南大学，２０１１：４８—６０．　低，为１．０８，而支护后开挖的边坡安全系数可以达到　［３］　谢雯，廖来兴，周波，等．既有道路改扩建边坡开挖支护　１．８９，支护后的边坡变形和安全系数均能够满足边　措施与经济分析【Ｊ】．广东建材，２０１１（１０）：１０３一ｌ０６．　坡的安全运营要求。　【４］　张亚宾，甘德清，陈超，等．边坡在二次卸荷过程中的应　力变化规律研究叨．金属矿山，２０ｌＯ（１２）：２２—２６．　参考文献：　［５］　周泽晓．祁临高速公路高边坡整治工程方案设计［Ｊ】．山西　［１】陈宾，张可能，周斌，等．道路改扩建膨胀土边坡工程过　交通科技，２０ｌ０（３）：３２—３４．　程稳定性分析及治理【Ｊ】．矿冶工程，２０１０，３０（３）：２３—２６．　［６］　刘铮，孙俊，王海莹．土钉在昆明市北二环路边坡二次加　［２】周波．道路改扩建边坡稳定性控制及支护措施研究　】．　固中的应用叨．岩土工程界，２００３，６（１０）：６５—６７．　Ｔｈｅ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｌｏｐｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ＹＩＮ　Ｚｈｉ－ｇａｎｇ　（Ｓｈａｍｄ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｃｕｔ　ｆｏｒ　ｓｌｏｐｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ｃｕｔ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏ￣ｅｔｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｌｏｐｅ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ；ｃｕｔ；ｈｉｇｈｗａｙ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ａｎａｌｙｓｉｓ