李元松
勐腊县地方公路管理段
摘要：工程中常对填方路基进行压实处理，常采用强夯法对路基进行加固，强夯产生的夯击能以波的形式从地表向周围扩散，引起周边边坡的振动，从而使边坡失稳破坏。本文运用GTS NX软件，通过模拟采用强夯施工的填方路基工况时，夯击能的影响深度，同时通过对比不同强夯点与边坡间的施工距离、不同夯击能等因素对周边公路边坡稳定性的影响规律。
关键词：强夯；影响范围；影响深度；夯击能；稳定性；
1 引言
路基填方夯击影响区域受土体力学特性、夯实机械冲击能量、填土高度、等诸多因素的影响。夯击能以波的形式从地表向周围扩散，并随距离与深度衰减。《建筑地基处理技术规范》仅就加固深度做出规定，但对于填方地基中松散土质的研究并不充分。
对于边坡稳定性来说，边坡的稳定性受诸多因素影响，诸多影响因素按照其性质不同，可分为内部因素与外部因素，其中内部影响因素主要有：边坡类型，岩层倾角，边坡坡角、边坡高度，地下水位，岩体密度等。外部影响因素有：坡顶堆载、降水、振动等。因路基采用强夯法进行地基处理，将会对周边边坡的稳定性产生不利影响。
本文通过运用GTS NX进行强夯条件下的有限元数值分析，得出采用强夯法施工情况下，夯击能的影响深度，同时通过多距离，多夯击能模拟，得出强夯施工对边坡稳定性的影响曲线，并深入分析其影响规律。
2强夯施工基本参数
强夯法的有效加固深度可按下式估算：
式中：h—强夯地基有效加固深度(m)；W—锤的质量(t)；H—夯锤落距(m)，a—强夯法有效加固深度修正系数。其中a按最不利情况取值：0.45。由《建筑地基处理技术规范》估算的影响深度如图1所示。
图1估算影响深度
根据现有强夯接触应力的实验研究，夯锤和地表的冲击碰撞过程中，应力波为三角波形图。通过合理的简化，本文采用将冲击能简化为三角形的形式，并以此波形为基础，进行不同夯击能情况下，节点动力荷载的换算，最终强夯瞬态荷载波形图如图2所示：
图2强夯瞬态荷载波形图
3数值模拟
3.1 工程背景
该项目位于云南省腊满高速公路沿线。项目区域内原有公路主要为省道、县道等。地形坡度为41°，坡体岩性属中、厚层状，岩性组合结构为软岩边坡，局部岩体出露。岩体为强～中风化白云质灰岩，节理裂隙不发育，层理与边坡组合结构属逆向陡倾、顺向陡立伏倾坡、顺向陡倾等倾坡，裂隙发育程度为较发育，坡体地下水排泄通畅或影响小，边坡体现状处于稳定状态，无崩塌、滑坡、泥石流等自然灾害。
3.2 评价标准
引水隧洞质点振动速度为指标之一，参见表1。
注：表中质点振动速度为三分量中的最大值；振动频率为主振频率。
从表1可见其爆破的安全允许振速取值与振动频率有关，超过《建筑地基处理技术规范》规定，即认为对周边土体产生影响。
本文考虑最不利条件，且具有一定的安全储备，因此取下限值作为安全振速限值。即振动速度限值为7-8 cm/s。
3.3 分析方法
实际工程中，边坡的岩层地质条件较为复杂，其中包含较薄软弱夹层，因其对本分析影响程度较小，将地质模型进行了适度简化，运用有限元分析软件GTS NX，建立二维数值分析模型。
首先通过设置监测点，得出不同夯击能夯击过程中，夯击能产生的波的影响范围，接下来进行不同夯击位置，对周边边坡的稳定性的影响研究。具体技术路线如下：
3.4 数值模拟分析
按照分析方法中的分析步骤与技术路线，建立二维有限元分析模型，模型长度150米，宽度50米，模型材料采用摩尔库伦，共划分五个地层，顶层为填土层，共划分5331个节点，5188个单元，边界条件为两侧自由场约束，底部固定约束，模型情况如下图（图3.2）所示：
图3.2 模型示意图
4分析结论
4.1 强夯施工加固深度分析结论
顶层填土为松散土质，受强夯夯击能影响较大，强大的夯击能
使得土体产生剪切压缩和侧向挤压，使得土颗粒间的空气挤出，土体变得更加均匀，通过在强夯点竖向深度范围内埋设历程观测点，对比下图《建筑地基处理技术规范》的加固深度与实测强夯施工加固深度，以上述评价标准作为评价指标，分析可知：
图4.1 强夯施工加固深度
（1）对于松散填土体，强夯施工的加固深度实际值较规范，得出的加固深度理论值要大30%左右，即在施工过程中，如遇上层松散填土，应充分考虑上层填土厚度。
（2）随着夯击能的增加，加固深度实际值与规范得出的加固深度理论值之间的差距逐渐缩小，即对于同一观测点来说，随着夯击能的增加，因松散填土产生的强夯施工影响逐渐减小。
4.2 路基强夯施工对附近边坡稳定性分析结论
通过分析不同深度，边坡不同距离处的边坡稳定性分析研究，可得分析结果如下图（图4.2）所示，针对分析结果，通过对比分析与研究，可得到如下结论：
图4.2 边坡安全系数变化图
（1）总体来说，随着夯击点与边坡距离的增加，边坡安全系数逐渐增大，边坡稳定性逐渐增强。
（2）当夯击点位置与边坡距离相同时，随着夯击能的增加，边坡安全系数逐渐减小，稳定性逐渐降低。
（3）对于不同夯击能，随着夯击点与边坡距离的增加，安全系数降低幅度逐渐变缓，随着夯击能的增加，受夯击点与边坡距离的影响逐渐减小。
参考文献：
[1]JGJ 79-2012，建筑地基处理技术规范[S]. 北京：中国标准出版社，2012.
[2]阎石，杜海涛，于琦乐，阎寒. 顺层岩质高边坡的静力稳定性安全评价[J]. 防灾减灾工程学报，2014，34（4）：407–414
[3]GB6722-2014 爆破安全规程[S]. 北京：中国标准出版社，2004.
论文作者:李元松
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第10期
论文发表时间:2019/5/22
标签：深度论文; 稳定性论文; 地基论文; 路基论文; 距离论文; 松散论文; 因素论文; 《建筑模拟》2019年第10期论文;