塑料排水板处理软基侧向变形规律及预测模型.pdf
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1、J o u r n a l o fE n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质 学报 1 0 0 4 9 6 6 5 2 0 1 4 2 2 ( 2 ) 一 0 2 1 8 0 8 塑料排水板处理软基侧 向变形规律及 预测模 型 术 陈继彬 赵其华 彭社琴 廖景高 ( 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都理工大学环境与土木工程学院成都6 1 0 0 5 9 ) 摘要探讨西南地区软土路基经塑料排水板方式处理后 , 路基侧向变形的规律。基于四川省遂一资高速公路软土路基沉 降变形监测的数据, 对土体侧向变形随深度 、 侧向变形随时间的变化规律进行统计分析
2、, 并根据其变化特征, 分别提出相应的 预测模型。研究表明: ( 1 ) 在路堤填筑过程中侧向水平位移近地表处( 0 1 5 0 3倍软基厚度) 侧向位移变化剧烈;( 2 ) 侧向水 平位移随时间存在 3种变化关系: 填筑前期为 A y =A S 。 , 路堤填筑从临界填筑高度到设计填筑高度的过程为A y =0 1 5 A S 。 , 填筑完成后为A y =0 3 A S 。 。最大侧向水平位移随时间大致呈 S 形曲线分布;( 3 ) 根据侧向水平位移随深度变化特点、 侧向 水平位移随时间变化特点, 分别提出Y ( z )=a e ( b s i n A z+C C O S Z ) 、 Y (
3、 t ): ( 1+e )模型进行预测, 预测结果与实测 数据较为吻合。 关键词软土路基塑料排水板侧向变形规律“ S ” 形曲线预测模型 中图分类号: T U 6 4 2 文献标识码 : A LATERAL DEFoRM ATI oN LAW oF S oFT SoI L S UBGRADE TREATED BY PLASTI C DRAI NAGE PLATE AND FoRECAS TI NG M oDEL C HE N J i b i n Z H A O Q i h u a P E N G S h e q i n L I A O J i n g g a o ( S t a t e K e
4、 y L a b o r a t o r y o f G e o h a z a r d P r e v e n t i o n a n d G e o e n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n ,C o l l e g e of E n v i r o n m e n t a n d C i v i l E n g i n e e r i n g, C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y , C h e n g d u 6 1 0 0 5 9 ) Abs t r a c t T
5、hi s p a p e r d e c i d e s t h e di s c i p l i n e o f s o ft s o i l s u b g r a d e l a t e r a l d e f o r ma t i o n a f t e r t h e a p p r o a c h o f pl a s t i c d r a i n a g e p l a t e i n t h e s o u t h w e s t a r e a B a s e d o n t h e p r o j e c t o f e x p r e s s w a y f r o m
6、 S u i n i n g t o Z i y a n g i n S i c h u a n Pr o v i n c e,we s o r t o u t t h e t y p i c al o b s e r v a t i o n da t a o f mo n i t o rin g s e c t i o n s de f o rm a t i o nW e a n a l y z e t he v a ria t i o n l a w o f l a t e r al d e f o rm a t i o n fro m t h e a n g l e o f t i me
7、 a n d d e pt h Me a n wh i l e we p r o p o s e t he f o r e c a s t i ng mo de l a c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ri s t i c o f d e f o rm a t i o n T h e r e s u h s i n d i c a t e t h a t t h e f o l l o w i n g ( 1 ) D u ri n g t h e p r o c e s s o f fi l l i n g , t h e l a t e r
8、 al d e f o rm a t i o n n e a r t h e g r o u n d s u r f a c e a l t e r s v i o l e n t l y ( 2 ) T h e l a t e r a l d e f o r m a t i o n d i s t ri b u t e s t h r e e v a ri a t i o n l a w s : d urin g t h e fil l i ng s t a g e,t he r e l a t i o n s h i p be t we e n t h e l a t e r a l d
9、e f o rm a t i o n a nd t i me i s Ay =ASD Th e h e i g h t fro m t h e c rit i c al fil l i n g t o t h e d e s i g n p r o c e s s,t he r e l a t i o n s h i p i s Ay =0 1 5AS D I n t h e c o n s o l i d a t i o n s t a g e,i t i s Ay = 0 3 ASD Th e ma x i mu m l a t e r al d e f o r ma t i o n i
10、s d i s t rib u t e d a s S - s h a pe wi t h t i meTh e ma x i mu m d e f o rm a t i o n p o s i t i o n d o e s n o t c h a n g e ( 3 ) We p r o p o s e a n d p r e d i c t e t h e y ( z ) =a e 一 肚 ( b s i n A z+C C O S Z ) 、 Y ( t ) =0 ( 1+e 一 ”) c u r v e a c c o r d i n g t o t h e v a ri a t i
11、 o n l a w o f l a t e r al h o ri z o n t a l d e f o rm a t i o n f r o m t h e a n g l e o f d e p t h a n d t i me T h e r e s u h i n d i c a t e s 收稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 7 - 0 6 ;收到修 改稿 日期 :2 0 1 4 0 2 1 8 基金项 目: 国家重点基础研 究发展计 划( 2 0 1 1 C B 0 1 3 5 0 1 ), 长江学者和创新团队发展计划( I R T 0 8 1 2 ) 资助 第一作者简介
12、: 陈继彬 , 男 , 硕士 , 主要从事岩 土工程方 面的研究 E ma i l :w e i z h i s h u i y u 1 6 3 c o m 通讯作者简介 : 赵其华 , 男 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事岩土工程 、 地质工程方面的研 究 E ma i l : z h q h 1 6 3 c o m 2 2 ( 2 ) 陈继彬等:塑料排水板处理软基侧向变形规律及预测模型 2 1 9 t h a t t he p r e d i c t e d l i f e ma t c h e s t h e r e a l da t a Ke y wo r d s S o ft
13、s o i l s ub g r a d e,Pl a s t i c d r a i n a g e p l a t e, Ch a r a c t e r i s t i c o f l a t e r a l de f o r ma t i o n, S - s h a p e c u r v e, F o r e c a s t i n g mo d e l 1 引 言 西南地 区越来越 多的高速公 路要穿越软土地 区, 而软土地区修筑高等级公路 , 首先要考虑的问题 是路基的稳定和变形。软土地基的变形包括竖向变 形 ( 即沉 降) 和侧向水平位移 J 。路基侧 向水平位 移的发生不仅
14、引发竖向沉降, 如果侧向变形过大 , 还 会导致地基失稳。 P o u l o s 基 于弹性 理论对 侧 向变形 进行 了计 算 , 随后其他学者 分别就侧 向变形对沉 降的影 响进行了研究 , 总结出在路堤不同施工 阶段侧 向变 形与沉降的关系, 并提出了相应的预测模型。国内 学者 阎钶等 对 袋装砂井处 理后的路堤侧 向变形 观测数据进行整理分析 , 探讨 了软 土厚 度、 反压 护 道、 填筑速率对侧向变形的影响规律; 邓永锋等 J 通过分析粉喷桩处理软基的变形观测数据, 得出该 类地基坡脚最大侧向水平变形与路中沉降为双曲线 变化 ; 李飞等 7 对碎石桩 、 二灰桩 、 塑料排水板处
15、 理软基的侧 向变形限制进行分析 , 得 出最大侧 向变 形位置发生在软基中部 ; 李飞等 描述了土体侧 向 变形的规律并在此基础上提出指数函数来反映侧 向 变形沿深度方向的分布特征 , 同时就最大侧 向位移 随时间变化规律使用成长 曲线进行预测;余 闯 等 结合大量的实测资料及结合 已有 的研究成果 , 得 出路堤荷载作用下水平向应变随深度变化规律并 采用“ 弓” 形 函数对其描述 ;陈继彬等 引入平均 侧 向位移 , 用其与地表总沉 降的关系描述路堤填筑 过程中软土侧向水平位移规律。 原始软土地基的沉降变形特性研究工作 目 前较 多 ” ,针对 塑料排水板处理方式 的软基侧 向变 形性状研
16、究相对较少 ,本文依托 四川省遂一资高速 公路软基沉降变形监测数据, 分析经塑料排水板处 理软基侧向变形在路堤填筑过程 中发展规律,并根 据侧 向水平位移随深度的变化特点 、 侧 向水平位移 随时间变化特点提出相应的预测模型,以期对此类 软基的侧向水平位移研究提出一些有益的指导意 见。 2 研究区软基发育特征 遂 ( 宁) 一资( 阳) 高速公路位 于 四川东部 隆起 沉降盆地山地大区中 区一 盆中构造剥蚀方山丘陵 区 。线路全 长约 1 2 4 k m, 路面宽 约 2 4 5 m, 设计 填高 5 0 1 0 0 m, 设计坡 比为 1 : 1 5 , 分层填筑、 分 层压实 , 路堤填筑
17、过程 中每层松铺 5 0 c m, 压实厚度 每层不超过 3 0 c m。路堤填土宽度每侧宽于填层设 计宽度 5 0 c m。 本文主要研究经塑料排水板处理后软基侧向变 形在路堤填筑过程 中的发展规律 , 选取 1 0处地层结 构、 路堤设计施工情况相似的断面进行分析。1 0处 监测断面层理构造 , 由上至下可划分为 3层 : 第 1 层为表土层 , 杂色 , 稍湿 , 松散 , 软塑一 可塑 , 沿线地 表分布; 第 2 层为软土层: 第四系全新统冲洪积 层( Q ) 高液限黏土 C H, 埋深 0 5 3 m, 黄褐一 灰褐 色, 湿一 饱和, 软塑;第 四系全新统沼泽沉积层 ( Q )
18、低液限黏土 C L , 埋深 3 9 m, 褐红色 、 褐黄 色, 湿, 软可塑。软土沿线路方 向在山包间间隔分布 , 呈 槽状 、 坡状或近似锅底状起伏发育 ; 基岩为遂宁 组砂( 泥) 岩 。研究断面软基基本情况 ( 表 1 ) , 物理 力学参数( 表 2 ) , 层理结构示意图( 图 1 ) ( 其 中耕植 土在路基填筑前已清除) 。 表 1 研究断面软基基本情况 Ta b l e 1 Th e ba s i c s i t u a t i o n o f s e c t i o n o f s o f t f o un da t i o n 桩号 桩号 CH O 52 5 C H 1
19、 03 0 K2 7+ 5 0 3 K1 1 1 + 8 5 0 C L 2 5 8 O CL 3 09 0 CH O 2 1 O C H 0 01 2 K6 4 +7 2 0 K1 1 7 +6 5 0 C L 1 07 5 CL 1 28 0 CH 0 3 2 3 CH O O1 O K7 8 +5 8 0 K1 1 7+ 7 0 o C L 2 3 7 1 CL 1 08 5 CH 0 01 5 CH O 52 7 K8 5 +3 2 0 K1 1 9 +5 6 0 C L 1 59 0 CL 2 79 0 CH O 52 7 CH O 22 3 K1 1 1 +6 8 0 K1 21
20、+5 0 0 CL 2 79 0 CL 2 3 8 O J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 1 4 表 2 软 土的物理力学性质指标 Ta b l e 2 P h y s i c o me c h a n i c a l i n d i c e s o f s o f t s o i l 骓 图 1 软土路基地层结构示意 图 F i g 1 T h e s c h e ma t i c d i a g r a m o f s o f t s o i l b e d d i n g 耕植土; 高液限黏土;
21、 低液限黏土; 基岩; 1 沉降板; 2 砂垫层; 3 测斜管; 4 处理方式 ( 塑料排水 , 间距 1 5 m, 梅花形布设 ) 3 观测结果分析 根据设计要求 : 施工 中采用宽度为 l O O mm, 厚 度为 3 4 mm的标准型塑料排水板 , 布设呈梅花形 , 间距 1 5 m, 处理深度 以软土层厚度 为设计标准 , 断 面坡脚 处 埋设 测 斜 管 , 测 管底 部 进 入基 岩 0 5 1 O m, 采用精度为-+ 0 0 2 mm 5 0 0 mm的 C X 3 B型测 斜仪监测。测斜管埋设时间是 2 0 1 1 年 1 月, 在近 l a 的现场监测过程中收集了较为丰富的
22、数据。 3 1 侧 向水平位移沿深度方向变化规律 对断 面 K 8 5 +3 2 0的侧 向水 平 位移 进行 整 理 ( 表 3 ) , 并做 出侧 向水平 位移观测 曲线 ( 图 2 ) , 下 文分析时以该断面为示例。 路堤填筑初期埋设 测斜 管, 施工 1 a后 , 相继完 成填筑工作 , 进入预压期 ( 图 2 ) 。分析表 3和图 2 可知 : 侧向水平位移随深度变化先是增大 , 向底部逐 渐减小 , 在测斜管底部侧 向变形几乎为零 , 研究断面 最大侧 向水平位移为 2 4 mm, 平均最大侧 向水平位 移为 1 3 5 m m, 在距离地表 1 5 3 m处 变化剧烈 , 约
23、为 0 1 5 0 3倍软基深度 , 处 理区侧 向水平位移 随 深度变化 明显 。上述侧 向变形趋势与软土地基地层 情况及荷载传递形式密切相关 , 同时也与软基处理 方式有关 。 塑料排水板虽增加了土体排水途径, 但软土的 表 3 深层侧 向位移观测结果 T a b l e 3 T h e o b s e r v a t i o n d a t a s o f l a t e r a l d i s p l a c e me n t 软基厚度 ; B测斜管埋设深度 ; 路堤填筑高度 ; Y 最 大侧 向 位移量 ; Z 最大侧向位移深度 ; D为观测 天数 深层水平位移量 m m O 5 1
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