瑞典圆弧法研究坡体稳定性在鹰厦线的应用之物理论文

所属栏目:美学论文 发布日期:2012-02-03 10:26 热度:

  摘要:本文利用瑞典圆弧法基本理论,分析鹰厦线K290+795~+905坡体的稳定性,为坡体的防治设计提供理论依据。
  关键词:鹰厦线,瑞典圆弧法,边坡,应用
  
  1线路概况
  鹰厦线K290+795~+905穿行于崇山峻岭之中,地形起伏连绵,山势陡峻,地面坡度多在30°~40°之间,植被以杂草灌木为主。铁路线路沿山区青州支流左岸,自铁路路基下部通过,线路走向与滑坡主轴线几乎垂直。
  2水文、地质条件
  地处福建省南平市,为全省降水中心之一,年平均降水量1602.2~1889.6毫米。日降雨量最大的247(武夷山市发生在1968年7月11日)和268(光泽发生在1967年6月22日)。
  该段地表覆盖层为砂粘土夹碎石,层厚1.0~6.0米,覆盖层以下为石炭系下统强风化至中风化变质砂岩、泥岩。其中近邻线路路堑由于开挖清晰可见中风化——强风化的变质砂泥岩,呈块石——碎石状。地层从上而下以此为:
  (l)砂粘土夹碎石,红褐色—灰褐色,呈土状,厚0~5.0米。属I类松土。
  (2)强风化砂岩、泥岩,呈砂粘土夹碎块石,硬塑-半干硬、中密状,厚7~10.0米。其中泥岩软弱层易于风化、泥化而形成潜在滑动带。属Ⅱ类普通土。
  (3)中风化砂岩、泥岩互层,紫红、灰褐色,岩体节理裂隙发育,可见4组节理,层状构造,岩层产状:90-95°∠20-25°,属Ⅳ类软石。
  3瑞典圆弧法计算原理
  该法假定土坡稳定分析是一个平面应变问题,滑面成圆弧型。
  下图为圆弧形滑面滑坡的事宜图,其中ABCD为滑动土体,弧CD为圆弧形滑面。滑坡发生时,滑动土体ABCD同时整体地沿弧CD向下滑动。对圆心O来说相当于整个滑动土体沿弧CD饶圆心O转动。
  
  
  
  
  
  
  图1:圆弧形滑面
  
  
  在具体计算中,将滑动土体ABCD分成n个土条,土条的宽度一般取2-4m。
  土条的自重Wi这个力作用在土条的重垂线上,它与滑面交点P上的两个分力为:
  Ni=Wi*cosαi
  Ti=Wi*sinαi
  式中αi——该P点处的重垂线与滑面半径OP的夹角(或P点处圆弧的切线与水平线的夹角);
  Ni——Wi在滑面P点处的法向分量,它通过滑面的圆心O,这个力对土坡不起滑动作用,但却是决定滑面摩擦力大小的重要因素;
  Ti——Wi在滑面P点处的切向分量,它是滑动土体的下滑力。
  (1)滑面上的抗滑力Ti/
  这个力作用于滑面P点处并与滑面相切,其方向与滑动的方向相反。按库仑黏性土的抗剪强度公式,其值为
  Ti/=Ni*tanΦ+c*li
  式中li——第i个土条的弧长。
  (2)条间的作用力Xi,Yi,Xi+1和Yi+1
  瑞典圆弧法假定:Ei和Ei+1大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,因而在土条的稳定分析中不予考虑。
  如将上述各力对滑面的圆心O取矩,可得滑动力矩Ms和抗滑力矩Mr为
  Ms=R*ΣTi
  Mr=R*Σ(c*li+Wi*cosαi*tanΦ)
  故稳定系数K为
  K=Mr/Ms=Σ(c*li+Wi*cosαi*tanΦ)/ΣTi
  当Φ=0时
  K=Σc*li/ΣTi
  K值应大于1,铁路路基规范规定K值取1.05-1.25
  如何确定最危险的滑面
  用上述公式可以算出某一个试算滑面的稳定系数K。稳定分析中必须确定K值最小的滑面即最危险滑面,因此在分析过程中要假设一系列的滑面进行试算。工程中把最危险的滑面称之为临界圆弧,其相应的圆心为临界圆心。
  确定临界圆弧的计算工作量比较大,一般宜编制程序,进行机助分析。费兰纽斯通过大量的试算工作总结出下面两条经验:
  (1)Φ=0的均质黏土,直线边坡的临界圆弧一般通过坡脚。
  (2)Φ≠0时,随着Φ角的增大,其圆心位置将从Φ=0的圆心O沿OE线的上方移动,OE线可用来表示圆心的轨迹线。
  具体试算时,可在OE线上O点以为选择适当的点O1,O2……Oi,作为可能的滑面圆心,从这些圆心作通过坡脚A的圆弧C1,C2……Ci,然后计算相应于各圆弧滑面的稳定系数K1,K2……Ki值,并在它们的圆心处垂直于OE线按比例画出各Ki值的长度,然后将他们连接成一条光滑的曲线即K的轨迹线,其中最小K所对应的圆心Oc可以当作临界圆心。
  4瑞典圆弧法计算原理应用
  4.1考虑已知滑带分析坡体稳定性
  把已知的滑带考虑进来,假设的滑带体分为两部分:已知的滑带体和假设的滑带体,他们的内摩擦角度不同,分别计算得出:随着滑带面位置的上移,圆弧半径的增大,稳定系数K一直减小,这是由于在瑞典圆弧法计算K值中,将原来已知的滑面考虑进来,造成利用瑞典圆弧法计算需要将假设的滑面以上分为两部分(一部分为新的滑段,另一部分为原来已知滑段),并分开计算。
  4.2不考虑已知滑带分析坡体稳定性
  4.2.1不同滑面半径K值变化情况分析
  计算得出:此情况下随着半径的增大,K值减小到一个最小值而又继续增大,这是正常的,越接近实际滑带面,K值越小,远离滑带面K值增大并且坡体会稳定。
  4.2.2不同Φ值坡体稳定性分析
  计算得出:随着Φ值的减小,K值也减小。可以看出当雨水降落边坡表面时,由于粘性土透水性较小,水沿着边坡裂隙向下流动,深入边坡内部,产生孔隙水压力,Φ值减小,使黏土加重,加大了土体的下滑推力,稳定系数K也随之减小。
  5结束语
  瑞典费兰纽斯提出的圆弧滑面法是土坡稳定分析中的一种基本方法。它不但可以用来检算简单土坡,也可以用于检算各种复杂情况的土坡(如不均匀的土坡,分层土坡,有渗流的土坡及坡顶有荷载作用的土坡等),它在工程中广泛应用。
  从以上计算数据可以看出滑坡体欠稳定,进行防治设计是需要的。
  
  参考文献
  [1]《铁路工程地质学》西南交通大学出版社,2003
  [2]《滑坡防治》铁道出版社,1997
  [3]刘振明.安全系数和滑坡推力的分析.路基工程。总124期
  [4]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版社,2000.
  [5]郑明新.论滑带土强度特征及强度参数的反算确定法[J].岩土力学,2003,24(4):528-532.
  [6]郑明新等.长晋高速公路K31顺层滑坡成因分析及防治效果评价。中外公路.第25卷,第6期

文章标题:瑞典圆弧法研究坡体稳定性在鹰厦线的应用之物理论文

转载请注明来自:http://www.sofabiao.com/fblw/wenyi/meixue/11143.html

相关问题解答

SCI服务

搜论文知识网的海量职称论文范文仅供广大读者免费阅读使用! 冀ICP备15021333号-3