重载铁路深路堑路基边坡稳定性分析与施工

　　摘 要：路基边坡的稳定性对于重载铁路的正常和安全运行起着至关重要的作用，路基边坡稳定性的分析和研究也是重载铁路工程建设研究的核心之一。本文主要采用了有限元法中的强度折减法对于重载铁路深路堑路基边坡稳定性进行了分析，并介绍了重载铁路深路堑路基边坡的施工方案。

　　关键词：重载铁路；深路堑路基；路基边坡稳定性；分析；施工

　　路基边坡的稳定性直接影响着我国铁路工程建设施工的开展和施工质量，因此路基边坡稳定性的分析和研究也从一定程度上直接决定着我国铁路建设的发展进程。当下，我国的路基边坡稳定性的相关理论和方法的研究都取得了一些突破性的进展，本文就将介绍重载铁路深路堑路基边坡稳定性的分析和施工方案。

　　一、重载铁路深路堑路基边坡稳定性分析

　　（一）边坡稳定性分析理论

　　岩土分析中常见的研究内容就包括填方土坡和挖方土坡的稳定性分析。影响边坡稳定性的主要因素包括边坡体本身的自重、附加荷载应力、波动水压力荷载应力、孔隙水压力。在边坡本身自重和附加荷载作用下，边坡土体的剪切强度小于边坡体内部产生的剪切应力时，剪切应力就会破坏边坡。边坡稳定性分析，就是将剪切强度和剪切应力应用于计算边坡稳定性问题的研究分析。

　　推荐下列几种计算边坡稳定性的方法：

　　基于边坡极限平衡理论的一种整体分析法和分条分析法

　　基于边坡强度理论的一种极限分析法

　　基于边坡弹性理论的一种有限元分析法

　　边坡的安全管理中，不仅要对边坡的最小安全系数有一个充分的了解，还要分析边坡的形态，这样才能选择出适当的监测点位置，进而确保监测信息的质量。有限元法能够提供边坡破坏过程分析的所需数据。

　　MIDAS/GTS的边坡分析方法是利用有限元法的一种强度折减法。

　　（二）强度折减法的介绍和分析

　　强度折减法简述。有限元分析方法作为一种能够较为真实的对边坡实际条件进行模拟的边坡分析方法，能够有效的简化边坡分析的过程，并得出较为真实的边坡破坏状态。以有限元法为基础，对边坡稳定性进行分析的方法有两种：一类是利用有限元法的强度折减法对边坡的最小安全系数进行直接的计算；另一类则是联合极限平衡法和边坡应力值计算法，进而来确定边坡的最小安全系数。

　　强度折减法理论背景。Zienkeiewicz于1975年最早利用有限元分析法中的强度折减法对边坡的稳定性进行了研究。如图1所示，计算边坡安全系数时，首先要研究边坡上任意单元的高斯点A，在这里，我们利用莫尔圆表示高斯点A的应力表现状态。为了模拟边坡破坏时的状态，需先假定一个破坏面，且用于表示破坏面上所受的应力状态的莫尔圆是接近于破坏包络线的。实质上就是假设高斯点A的应力状态是处于破坏状态的，并不断修正，就是将其剪切强度去除安全系数F。边坡的破坏程度越高，边坡上出现的破坏点也就越多，边坡整体也将呈现出一个破坏状态，这时发散现象也将出现在有限元分析计算中，边坡的最小安全系数也就是这时的安全系数F值。要注意的是，以上方法取得准确的计算结果的前提是边坡的稳定性较强。

　　强度折减法边坡最小安全系数计算。利用强度折减法对边坡的最小安全系数进行计算时，此时的边坡土体弹性模量E与其泊松比v的比值在我们看来是一个定值，按照下面提出的计算方式我们会减小粘聚例c和内摩擦角Φ，直到边坡计算分析不再发散，此状态下所得到的安全系数F即为边坡的最小安全系数。边坡达到破坏状态时安全系数F的计算公式：

　　其中，τ表示边坡所能承受的剪切强度，其计算公式为：

　　则表示边坡破坏的滑动面上的剪切应力，可按以下计算公式进行：

　　边坡剪切强度的因子：

　　边坡剪切强度的因子：

　　为得到边坡的最小安全系数，需要试着将 不断逼近。

　　二、重载铁路深路堑路基边坡施工

　　（一）施工准备

　　重载铁路深路堑路基边坡施工的准备工作包括：首先，需要进行的是施工图纸及文件的审阅工作，其目的在于及时发现其中存在的问题，发现问题后要联系相关的设计单位和监理，对问题进行及时的探讨和解决，并做好详细的技术交底工作。其次，是要做好路堑开挖前的准备工作。临时排水措施的采取，现场植被及杂物的清理都要认真完成。再次，是要以工程量为基准，对机械和技术人员进行合理的配置。最后，设计工程的施工方案。

　　土质、软质岩、强风化硬质岩路堑的施工。分层逐层开挖或纵向台阶法开挖方式主要运用于路堑中心高度大于5m的路堑开挖中。路堑开挖前，堑顶防排水设施的设置和安排工作一定要做到位，科学合理的结合临时排水设施和永久性排水设施，并融入到原排水系统中。在路堑开挖的过程中，为避免出现雨水冲刷边坡和基底的现象，需在边坡和基底位置预留出50cm及以上的位置。刷坡时则应注意边坡的坡度和平整度是否符合标准，对于特殊部位，要进行有效的边坡防护。路堑开挖前要对施工部位进行合理的分段，且必须按照由上至下的方式进行路堑的挖掘工作，禁止掏底开挖。设有支挡结构的路堑边坡的开挖和施工都要分段进行。而在设计中提出分层开挖要求的路堑边坡施工段，就必须严格依照设计要求进行分层的开挖和施工，同时，开挖与施工要紧密衔接起来。当防护不能紧跟完成时，要设置50cm及以上厚度的保护层。

　　膨胀土路堑的施工。首先是要合理的安排施工组织，施工时尽量避免雨中作业。要注意及时的对边坡支挡和防护结构进行施工，以确保能够随挖随护和及时封闭边坡。若防护不能紧跟开挖及时完成时，同样需要预留出50cm及以上厚度的保护层。此外，膨胀土路堑基底开挖时一定要注意做好排水措施，避免积水现象的发生。黏性土路堑施工前，更是要等施工地土地晾干后才能进行开挖作业。

　　（二）土石方开挖

　　土质边坡施工方法。路堑开挖时要采用人工辅助机械，整修边坡坡面也是由人工完成。当施工地点地形平缓且土方的调运距离超过500m时，挖掘机可联合履带式推土机进行纵、横向台阶开挖，运输土方可运用自卸汽车；而当土方数量集中且土方的调运距离低于500m时，这时，挖掘机可联合履带式推土机进行逐层顺坡开挖。

　　石质边坡施工方法。若施工段内石质较软，可采用大功率推土机和松土器对其进行松动作业，并将挖出的石方集中起来，运用装载机对其进行装车，并采用自卸汽车进行运输。其整个工艺里程和质量控制措施都与土方开挖相类似。如出现坚石、次坚石，其松动则要依靠爆破。

　　（三）工艺流程图

　　结束语

　　要保证重载铁路深路堑路基边坡的稳定性，就必须进一步的规范其施工的操作方法和操作流程，确保其工程施工质量和工程质量符合设计要求和国家标准。此外，对于重载铁路深路堑路基边坡稳定性的分析和研究还需要进一步的深入探讨。在路基边坡的施工方面为我国重载铁路的建设和发展打好基础，以促进我国重载铁路的建设和发展。

　　参考文献：

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