人工高筑填路堤稳定性分析与计算

任红珠

路堤稳定性分析包括路堤和地基的整体稳定性、路堤的堤身稳定性、路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性等内容[1]。如果在进行稳定性计算时这三个方面的稳定有任一方面不能满足时，则路堤都是不稳定的。

工程区工程地质条件：工程场地内无软弱层带，并且由于该区边坡沿北东至南西方向基岩面较缓，基岩面倾角5?～10?，原地形顺沟谷方向也较平缓，地形坡角为5?～10?，故未来高筑填路堤边坡形成后，边坡不会沿基岩面或原地面滑移。所以在进行稳定性计算时，只需考虑路堤和地基的整体稳定性、路堤的堤身稳定性两种情况。

1.1计算方法

按照《公路路基设计规范》的规定，路堤和地基的整体稳定性、路堤的堤身稳定性评价宜采用简化Bishop法。

1.2安全系数

在进行稳定性计算中，路堤的稳定性是以避免路堤滑动坍塌等可能性的安全度指标来度量，通常用安全系数来表示。结合本工程实际情况，按照《公路路基设计规范》的要求，路堤的堤身稳定性按照简化Bishop法计算安全系数应取为1.35，路堤和地基的整体稳定性按照简化Bishop法计算安全系数取为1.45。

1.3稳定性计算

本文所研究的人工筑填特高路堤，是在斜坡基岩体上填筑而成的，填筑体材料为碎石土。在公路土分类中，碎石土实质上是属于巨粒土类范畴，系指在路基施工过程中，不能做标准击实和灌砂法测定压实后的密实度，压实标准控制不了施工质量的碎石类土，施工时常称为碎石土。由于碎石土的压缩性小且排水边界条件好，其变形在施工期内完成，可以自行修补，固结变形值很小，故不会因固结变形引起路基的稳定问题[2]。

1、物理力学参数

考虑到填筑体与基岩体的实际因素，结合邻近工点经验值，在进行稳定性计算中，其物理力学参数具体取值情况如表1.3.1所示。

2、场地水文条件

该工程场地为三峡库区，地下水主要为强、弱风化岩层中的孔隙-裂隙水，受大气降水补给，向当地沟谷排泄，水量较为贫乏。由于该路堤与长江毗邻，受三峡水库蓄水影响，在6～9月，水库蓄水控制在防洪限制水位145m，11～3月則蓄至高程175m。

3、地震荷载

在考虑由地震荷载对稳定性产生的影响时，根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），该区地震基本烈度为Ⅵ度区，地震动峰值加速度为0.05g；地震动反应谱特征周期为0.35s。在进行边坡稳定性评价时不考虑地震动荷载的影响。

4、汽车荷载[3]

在进行汽车荷载的换算时，我们采用将汽车荷载折算为相当于土层厚度的静荷载。具体折算过程中，在对汽车荷载的换算时，按照最不利的情况排列，采用与设计车适应的加重车进行布置；结合填土的物理力学参数进行汽车荷载与土层厚度的换算，将汽车荷载换算为静荷载。

5、计算断面的选取

在进行路堤的稳定性计算时，计算剖面选择图1.3.1。

图1.3.1 稳定性计算剖面图（单位：m）

1.4计算结果及分析

本文对路堤的稳定性计算，采用理正计算软件，选用规范推荐的简化Bishop法，并且自动搜索最危险滑面。由于路堤填土为均质土，并且基岩内无软弱夹层，所以本次计算滑面形态选用圆弧滑面进行计算。

在进行稳定性计算时，工况的选择分三种，一为天然状态，二为水位抬升至高程175m时的静水作用状态，三为水位由高程175m骤降至正常水位状态。

1、路堤和地基的整体稳定性

在用理正工程软件进行计算时，路堤和地基的整体稳定性滑动面是按照自动搜索最危险滑面进行，滑面形态为圆弧滑面。稳定性计算的物理力学参数见表1.3.1，在计算工况为蓄水状态时，水位以下介质的物理力学参数选用饱和参数，软件可以自动换算为浮容重，水位以上部分选用天然参数。计算结果最危险滑面形态如图1.4、1.5、1.6所示。

图1.4 天然状态路堤与地基整体圆弧滑动面计算结果图示图 1.5 库水位为高程175m状态路堤与堤身整体圆弧滑动面计算结果图示

图1.6 水位骤降状态路堤与堤身整体圆弧滑动面计算结果图示 图1.7 天然状态堤身圆弧滑动面计算结果图示

通过对路堤和地基整体稳定性的计算可以得到，在没有水的作用下，即天然状态其稳定性较好，稳定系数为1.305；库水位抬升至高程175m时其稳定性较差，稳定系数为1.062；水位由高程175m骤降至正常水位状态时的稳定系数为0.601，表明水位骤降时其处于不稳定状态，需要进行工程治理。

2、路堤的堤身稳定性

路堤的堤身稳定性的计算方法与路堤和地基的整体稳定性相同。工况也是分为三种情况。在进行路堤的堤身稳定性计算时，只输入路堤的参数，理正计算软件就会在边界上以相同的参数向周边延伸，这样可以避免因路堤的悬空而造成的计算结果误差。路堤的物理力学参数见表1.3.1。计算结果图示可见图1.7、1.8、1.9。

图1.8 水位为高程175m状态堤身圆弧滑动面计算结果图示图 1.9 水位骤降状态堤身圆弧滑动面计算结果图示

计算结果显示，天然状态下，在没有水的作用时，计算得到路堤稳定系数为1.305；库水位在高程175m时在静水作用下其稳定系数为1.062；当水位骤降至正常水位时，稳定系数为0.601。

将图1.4与1.7、图1.5与1.8、图1.6与1.9进行对比不难看出。由理正计算软件搜索出的路堤与地基整体稳定性的滑面和路堤堤身稳定性的滑面无论是天然状态、库水位为高程175m静水作用状态还是水位骤降状态都完全相同；并且由计算结果可知，其相应稳定系数也完全一样。

1.5本章小结

依据规范要求，本章对拟建路堤进行稳定性验算，由于路堤沿斜坡地基的稳定性不需要验算，所以本文对路堤的稳定性验算分两部分，即路堤和地基的整体稳定性、路堤的堤身稳定性，通过计算，主要得出以下结论：

1、路堤和地基的整体稳定性，路堤的堤身稳定性，通过计算得到相同的结果：在天然状态下，稳定系数均为1.305，表明其稳定状态良好；在静水作用下水位为高程175m时，稳定系数为1.062，稳定状态较差；当水位骤降至正常水位时，稳定系数为0.601，表明其在水位骤降时处于不稳定状态，需要采用工程措施进行治理。

2、通过对路堤和地基的整体稳定性及路堤的堤身稳定性进行计算，由计算结果可知，其滑面形态、位置以及安全系数在天然状态和静水状态及水位骤降状态均完全相同，由于计算选用自动搜索最危险滑面，并且由滑面的位置可以看出，最危险滑面在路堤堤身内部，所以，其稳定性主要由路堤的堤身稳定性起控制作用。

参考文献

[1] 《公路路基设计规范》（JTG D30-2015） 中华人民共和国行业标准， 2015

[2] 湖南交通科技，徐建军，王桂尧，碎石土在公路建设中的应用[J]， 2006年12月 Vo1.32 No.4

[3] 金效仪等，路基路面工程，人民交通出版社[M]，1987：32-33