高速公路路基及边坡加固设计精.doc
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1、 本科毕业设计(论文)题目高速公路路基及边坡加固设计学生姓名魏鹏学号0917020216教学院系土木工程与建筑学院专业年级土木工程2009级指导教师职称单位辅导教师职 称单位完成日期2010年6月23日 本科毕业设计(附件)目录摘要Abstract第一章 绪论1.1课题的研究目的及意义1.2国内外发展现状1.3几种常见的支护方案简析第二章 工程简介2.1工程概况2.2工程地质条件第三章 边坡稳定性分析计算.第四章 边坡治理及支护设计.第二篇高速公路路基路面设计.结论参考文献附件摘要第一章 绪论1.1课题的研究目的及意义边坡是是自然或人工形成的斜坡,是人类工程活动中最基本的地质环境之一,也是工程
2、建设中最常见的工程形式。作为全球三大地质灾害(地震、洪水、崩塌滑坡泥石流)之一,边坡失稳塌滑严重危及到国家财产和人们的生命安全。 中国作为最大的一个发展中国家,近年来国民经济飞速发展,道路交通建设也达到了一个高峰期,因此越来越多的边坡处理问题也随之而出现。我国的边坡处理技术还处于发展阶段,如何确保边坡工程的安全,减少施工中的安全事故等各种问题也有待解决。在高速公路的修建中,很容易形成各种高边坡,由于地质、地形的变化,会形成新的地质灾害,将会严重威胁沿路居民的生命财产安全。因此深入探讨开挖边坡稳定性及其治理方法,研究滑坡治理措施,分析其机理,具有重大的实践和理论意义。1.2国内外发展现状岩石边坡
3、的研究依赖于岩石力学的发展,早期人们将简单均质弹性、弹塑性理论为基础的半经验半理论边坡分析方法用于岩质边坡的稳定性研究,但其计算结果与工程实际有较大差异。在20世纪60年代初期,随着大型工程的建设,所形成的边坡规模加大,地质条件也变得极其复杂,特别是1963年意大利Vaiont水库左岸的滑坡等一系列水电工程事故发生后,促使人们对岩石力学进行深入研究,岩石边坡稳定性研究也向前迈进一大步,人们清楚的认识到在边坡稳定性分析中,必须将地质分析与力学机制分析紧密结合起来,从而形成了60年代初期的刚体极限平衡法,以及结构面的力学特性对岩体滑动的影响研究。20世纪60年代后,由于计算机技术的发展及岩体力学性
4、质研究的发展,各种复杂的数值计算方法广泛的应用于边坡研究。1986年Flac的出现,为边坡分析提供了一个及其有效的方法,它不大可以处理大变形问题,而且可以模拟某一软弱面的变形,能真实反映实际材料的动态方法,并可考虑锚杆、挡土墙、抗滑桩等支护结构与围岩的相互作用被公认为是岩土力学数值模拟行之有效的方法。进入20世纪90年代,边坡问题的研究将传统的边坡工程地质学、现代岩土力学和现代数学相结合,形成了所谓的现代边坡工程学;各种现代科学的新技术,如系统工程论、数量理论、信息环境模糊数学、灰色理论、现代概率统计理论等不断边坡问题研究中,从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、新方法。综上所述,不难发现,目前
5、边坡稳定性分析研究已有了相当的水平与规模。边坡作为一个系统工程其发展可表述为5个阶段,即借助于古典土力学的稳定性分析研究、50年代偏重于稳定性模拟与分析的地质历史分析阶段、60年代考虑时效过程的稳定性分析阶段、80年代后期一数值模拟型试验为主的半定量分析阶段和90年代以后的现代边坡工程学阶段。第二章工程简介2.1工程概况某高速公路K90+300530高边坡位于汉源县青富乡富贤村三组南西侧约500m斜坡中部,距汉源县城约12km:现有乡村简易公路通往村口,并与108国道相连。高速公路高边坡由冰水堆积物组成,未开挖时高边坡处于稳定状态,开挖后估计在暴雨、暴雨+地震等不利工况下边坡稳定性将有所降低,
6、这将对沿途村庄造成生命财产等威胁,因此需要对次高边坡进行削坡设计加固及防护。2.2工程地质条件2.2.1地形地貌研究区地处川西高原与四川盆地过渡带,区域地貌为川西南切割山区。研究区位于大渡河右岸一坡向118123,坡角1030的山前斜坡中部,微地貌属斜坡地貌,线路以走向208依山而行。线路走向方向地形纵坡较为平缓,略有起伏,标高介于893.58909.34m之间,相对高差仅15.76m。地形横坡上陡下缓,线路左侧自然坡度1019,线路右侧自然坡度1730。路线通过地段地表,植被稀少,大都垦为旱地,水土流失严重。斜坡大部分被第四系中下更新统冰水堆积层所覆盖,震旦系银厂沟单元(Z1Y)侵入岩分布于
7、线路右侧西南侧斜坡上。2.2.2地层岩性经地质调查以及钻探揭露,研究区内出露的地层主要为第四系中上更新统冰水堆积层(Qfgl 2+3),山坡坡脚出露的地层为昔格达组。现分述如下:1.昔格达组(NQx)昔格达组地层是新第三系河湖相或河流相沉积物,为灰至灰黄色、棕褐色粉细砂和粘土的互层,呈半成岩状态。构成该山丘的基座,出露在山脚。研究区钻探未揭露昔格达组地层,该地层埋藏深,据资料显示该地层埋藏深度约为80米。2. 第四系中上更新统冰水堆积层(Qfgl 2+3)(1)低液限粘土:褐红色,湿,硬塑状。含515%的角砾,粒径6020mm,成份为强弱风化花岗岩。刀切面光滑,表面无光泽,塑性低,韧性和干强度
8、均为中等,无摇震反应,仅见于钻孔K90520R13.0,分布于浅表或呈透镜体夹于其中,厚度2.005.80m。标准贯入试验N63.5=3438击/30cm;物理力学指标测试成果:天然含水率W=17.7021.10%,天然密度Gs=1.982.05g/cm3,液性指数IL=0.100.21,孔隙比e=0.5880.659,天然抗剪强度指标粘聚力为17.018.0KPa,内摩擦角为3745.0;建议容许承载力400KPa。(2)粘土质角砾:褐黄色,稍湿,中密状。角砾成分主要由灰岩、花岗岩等组成,角砾多呈棱角状次棱角状。一般粒组为:6020mm约占1020%,202mm占3040%,余为砂、可塑状粘
9、土充填。该层分布于钻孔K90395R13.0和钻孔K90395R30.0一带地表,厚2.503.20m。建议容许承载力400KPa。(3)小块石质土:灰黄色,稍湿,中密密实。成份以花岗岩为主,含少量灰岩,强弱风化,棱角状次棱角状。一般粒组为:200mm约占510%,20060约占1020%,6020mm占3040%,202mm约占1020%,余为砂、硬塑状粘土充填。场地大部分地段均有分布,厚度5.4025.80m,超重型动力触探测试N120=11.113.8击/10cm,建议容许承载力500700KPa。小块石质土特征见图2-1。(4)小块石夹土:灰白色,稍湿,密实状。小块石成份以花岗岩为主,
10、含少量灰岩,强弱风化,棱角状次棱角状。一般粒组为:200mm约占1020%,20060mm约占3040%,6020mm约占1020%,局部粘粒富集,余为砂、可塑状粘性土充填。仅见于钻孔K90395R30.0一带,厚度7.60m,超重型动力触探测试N120=10.714.2击/10cm,建议容许承载力800KPa。2.2.3地质构造(1)区域地质构造研究区大地构造位于扬子准地台(I)西缘,上扬子台坳()之峨嵋断拱(级)的荥经断凹(级)内;构造形迹以北西向构造为主,由压性、压扭性断裂及褶皱所组成。区域地质资料表明:拟建高边坡处于金坪断层南段南西盘,近期内有过活动,现属构造活动较弱期,被第四系覆盖层
11、所掩盖,故在地表上未有显露。(2)新构造运动区内新构造运动极为强烈,晚第三纪至早更新世表现为地壳差异升降运动,中更世地壳急剧台升,晚更新世至全新世地壳以间歇性抬升为主,全新世以来区内地壳基本稳定。2.2.4气象水文地质条件拟建的xx高速公路雅安至石棉段属亚热带湿润季风气候区,降雨量、气温等气象要素在不同的地区和海拔高度变化显著,根据降雨量大小以及其它气象要素特征分为四个气候区:雅安、荥经潮湿多雨区,大相岭以南雨量中等区,大渡河少雨干燥区,石棉泸沽雨量中等区。场地地表水主要为沟水,属大渡河水系。大渡河为各类地下水的排泄基准面,也是各类地表、地下水的汇集、排泄通道。场区内K89+296m处和K90
12、+615m处各发育一冲沟,分别位于高边坡两端,属季节性沟谷,主要受大气降水补给。勘测期为干沟;据访问,在每年510份降中到大雨时沟内才偶有短暂洪流。场地地下水贫乏,地下水类型主要为松散类土中的孔隙水,主要赋存于第四系冰水堆积松散堆积(Qfgl 2+3)中,受大气降水及农田灌溉用水入渗补给,顺层迳流或向下伏岩层渗透,其含水性弱,局部含滞水,无统一地下水位,钻孔未揭露地下水。2.2.5地震效应该场地地震基本烈度为度,设计地震分组为第三组,地震峰值加速度为0.15g,地震动反应谱特征周期为0.45S。场地土类型为中硬场地土,建筑场地类别为类。场地内无液化土层分布,处于对抗震较有利位置。其抗震设计建议
13、按公路工程抗震设计规范(JTJ5004-89)执行。2.2.6边坡形态特征研究区第四系冰水堆积层厚,除表层结构疏松外,均为中密密实状。主要由灰黄色,稍湿,中密密实小块石质土组成。成份以花岗岩为主,含少量灰岩,强弱风化,棱角状次棱角状。一般粒组为:200mm约占510%,20060约占1020%,6020mm占3040%,202mm约占1020%,余为砂、硬塑状粘土充填。下伏基岩为灰至灰黄色、棕褐色粉细砂和粘土的互层,呈半成岩状态的昔格达组地层,该地层在研究区埋藏深,对该边坡影响较小。场地水文地质条件简单,场区未见地裂及塌陷等迹象,地基无液化土层、无地震液化失稳的可能性,地基土的稳定性较好。场地
14、内岩土构成单一,无特殊性土、软土分布,属于简单地基,即三级地基。边坡坡向118123,坡角1030,位于山前斜坡中部(线路左侧坡角1019,右侧1730),构成该斜坡的地层为第四系冰水堆积层,下伏基岩埋藏深,该斜坡为土质边坡。边坡坡度小于岩土层自然休止角,整个斜坡未见拉裂、移位、滑动以及岩土体变形迹象。第三章边坡稳定性分析计算3.1场地边坡分析3.1.1边坡坡面选择从开挖面和勘察报告中可以得出,该边坡为土质永久性边坡,边坡安全等级为二级,根据实际情况我们把此公路左边高边坡从上至下分为A-B-C段、C-D-E段、E-F-G段,公路右边边坡为H-I-J段。在稳定性分析阶段,把左边高边坡分为3段分析
15、,A-B-C段分为边坡剖面一,A-C-D-E段为边坡剖面二,A-C-E-G段为边坡剖面三,右边边坡H-I-J段为坡面四。全坡面剖面图见下图。图3.1.1边坡计算参考剖面图3.1.2边坡等级划分根据建筑工程边坡技术规范GB50330-2002规定,边坡稳定性系数见图3.1。边坡类型安全系数计算方法一级边坡二级边坡三级边坡平面滑动法折线滑动法1.351.301.25圆弧滑动法1.301.251.20 图3.1.2边坡稳定性系数表据工程概况及实际情况的分析得出该边坡为二级边坡,因为边坡稳定性分析计算为圆弧滑动法,故此边坡安全系数取为1.25。3.2.圆弧法求稳定性系数 图3.1.3圆弧法求稳定性系数
16、简图3.2.1瑞典条分法瑞典条分法是由W.Fellenious等人于1927年提出的,也称为费伦纽斯法。它主要是针对平面问题,假定滑动面为圆弧面。根据实际观察,对于比较均质的土质边坡,其滑裂面近似为圆弧面,因此瑞典条分法可以较好的解决这类问题。但该法不考虑各土条之间的作用力,将安全系数定义为每一土条在滑面上抗滑力矩之和与滑动力矩之和的比值。其公式为: 式中: 整个滑体剩余下滑力计算的安全系数; 单个土条的滑动面长度(m); 条块重力(kN),浸润线以上取重度,以下取饱和重度; 条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角(度); 、土的抗剪强度指标。3.2.2Bishop法随着边坡理论的发展
17、进步,许多学者致力于瑞典条分法的改进,毕肖普(A.W.Bishop, 1955)提出了安全系数的普遍定义,其公式为: 式中: 整个滑体剩余下滑力计算的安全系数; 单个土条的宽度(m); 条块重力(kN),浸润线以上取重度,以下取饱和重度; 条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角(度); 、土的抗剪强度指标。3.2.3剩余下滑力的计算剩余下滑力的计算公式为:式中:-第i滑块的剩余下滑力(KN);-整个下滑力计算时的安全系数,一般情况下;-第i滑块的自重重力(KN);自重重力计算时,在地下水位以上去天然重度,在地下水位一下取饱和重度;-第i-1滑块的剩余下滑力(KN);-第i滑块滑面与水平
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