反压护道对填土路基的稳定性影响研究

胡龙生，贺　赟

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

　　【摘要】 反压护道是软基上填土路基工程常用的处理方式之一。针对填土路基工程中的软基问题，采用数值分析软件 OptumG2 对反压护道处理方式进行了数值分析。结果表明：未经处理的路基填土的安全系数为 1.242，低于现有的相关规范给出的安全系数 1.30，不满足相关规范的要求，路基填土存在潜在的失稳破坏；反压处理后，路基填土的安全系数增加，满足相关规范的要求；考虑路基填土的经济性和安全性，优先选取反压护道的高度为 3 m，宽度为 4 m，安全系数为 1.461，增加 17.63 %；随着反压护道的高度增加，其安全系数增加，但是反压护道的高度增加到较大时，继续增加高度，其安全系数反而下降；随着反压护道的宽度增加，其安全系数增加，但是反压护道的宽度增加到较大时，继续增加宽度，其安全系数变化不大。　　【关键词】 路基；数值分析软件 OptumG2；反压护道；稳定性

　　【中图分类号】 U416 　　　　【文献标志码】 A　　　　【文章编号】 1671－3702（2020）01－0075－04

Study on the Influence of Loading Berm on the Stability of Filled Roadbed

HU Longsheng，HE Yun

（Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office，CNIPA，Suzhou Jiangsu 215163，China）　　Abstract：Loading berm is one of the commonly used treatment methods for filling roadbed works on soft foundations. For the soft foundation problem in the fill roadbed engineering，the numerical analysis software OptumG2 was used to numerically analyze the Loading berm treatment method.The results show that the safety factor of untreated roadbed fill is 1.242，which is lower than the safety factor 1.30 given by the relevant standard，does not meet the requirements of relevant standard，the roadbed fill has potential instability damage. After loading berm，the safety factor of the roadbed filling is improved and meet the requirements of relevant standard；considering the economic and safety of the roadbed filling，the height of the loading beam bead is preferentially selected which is 3 meters，and the width is 4 meters，the safety factor is 1.461 which increase of 17.63%；as the height of the back pressure guardrail increases，the safety factor increases，however when the height of the loading berm increases to 5 meters，as the height continues increase，the safety factor decreases instead；as the width of the loading berm increases，its safety factor increases，however when the width of the loading berm increases to 8 meters，as the width continues to increase，its safety factor changing is not obvious.

　　Keywords：roadbed；Numerical Analysis Software OptumgG2；loading berm；stability

0　引言

我国软土分布较广，尤其是东南沿海地区，通常需要在软基上修建公路，而软土物理力学性质较差，承载能力不足，变形较大，容易在地基内部产生较大的侧方向变形

［1-3］

。以及堤脚处隆起，甚至出现路基滑塌失稳破坏现象

［6］

在软基上修建公路，需要对路基进行加固处理。

依据工程的地质土层参数，可以选取相适应的方法来控制软基的侧方向变形，保持路基的稳定安全，比如选取桩基加固处理，设置土工织物，以及反压护道处理［7，8］ 等。反压护道处理可以就地取材，经济效益好，费用因此，反压护道是软基上填土路基低，施工简单［9-11］，工程比较常用的处理方式之一。在工程实际中，其最关键的问题在兼顾经济性和安全性的基础上，设计合适

［12］

。的反压护道的高度和宽度

因此，软基上填土路基工程的稳定性分析对路基设计有着至关重要的影响，有必要研究其稳定性问题［4，5］。

作者简介：胡龙生，男，硕士研究生，助理研究员，研究方向为土木工程。

- 75 -

Research & Explore研究探索究反压护道的高度和宽度对稳定性的影响。

工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第38卷本文结合实际工程，利用 OptumG2 软件对不同高度和不同宽度的反压护道处理方式进行了数值分析，研

计算组号

计算编号

1234567

二

8910

表 2　计算工况

反压护道宽度/m

0121212121481216

反压护道高度/m

0135733333

1　数值分析方法

1.1　计算模型

以某市填土路基 K6+390 断面为计算背景，针对不同的宽度和高度的反压护道处理方式，开展数值模拟分析。具体的计算模型如图 1 所示。路基填土高度为 8 m，坡比为 1∶1.5。计算模型的宽度为路基填土底部宽度的 4 倍，计算深度取钻孔揭露花岗岩的深度 27.6 m，地下水埋深在 1.8～2.0 m。路基顶部所承担的荷载按照标准边界进行设置，即取 27 kPa，且均匀分布［13］。左右边界水平向变形均为零，下边界的水平和竖直向变形均为零。

一

组计算工况分析反压护道的宽度对路基填土稳定性的影响。

2　数值分析结果

2.1　未采取反压护道处理的数值计算结果

从图 2 可以看出，路基填土的安全系数在 1.242，低路基填于现有的相关规范给出的安全系数 1.30［14，15］，土存在潜在的失稳破坏，不满足相关规范的要求，需要进行处理，提高安全系数。安全系数偏低的原因在于路基含有淤泥层，力学性质较差。

图 1　计算模型

1.2　计算参数

填土路基段土层主要有粉质黏土、淤泥质土、黏土等。该路段各土层物理力学参数如表 1 所示，其计算参数主要来源地质勘察报告。该路段含有淤泥层，属于松软地层，承载力较差，变形较大。依据该路段施工现场的具体情况，就地取材，选取反压护道对部分松软路基进行处理。

图 2　未采取反压护道处理的数值模拟下限塑性乘数图

1.3　计算方案

采用 OptumG2 软件，材料的本构性选择 Mohr-Coulomb 模型，并对不同的宽度和高度的反压护道进行数值模拟计算，具体的工况如表 2 所示。第一组计算工况分析反压护道的高度对路基填土稳定性的影响，第二

材料素填土粉质黏土淤泥质土黏土风化花岗岩

弹性模量/MPa

12.566.783.475.8435

泊松比0.320.300.310.300.29

黏聚力/kPa18.9623.469.7823.4936.79

2.2　采取反压护道处理的数值计算结果（见图 3、图 4）

2.2.1　反压护道的高度对路基填土稳定性的影响

从图 3、4 可得出以下结论。

1）反压处理后，路基填土的安全系数增加。

内摩擦角/°12.6116.398.2513.4726.53

重度/（kN•m-3）

18.6218.9617.2318.1520.13

土层厚度/m

1.86.93.89.64.6

渗透系数/（m•d-1）

3.78×10-32.79×10-33.68×10-45.74×10-34.67×10-4

表 1　土层的物理力学参数

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第1期

反压护道对填土路基的稳定性影响研究胡龙生等：

图 3　反压护道高度对安全系数的影响

（a）反压护道高度 1 m 下的安全系数下限塑性乘数图

（b）反压护道高度 3 m 下的安全系数下限塑性乘数图

（c）反压护道高度 5 m 下的安全系数下限塑性乘数图

（d）反压护道高度 7 m 下的安全系数下限塑性乘数图

图 4　数值模拟下反压护道高度对安全系数影响的

下限塑性乘数图

2）当反压护道的宽度为 12 m，不再变化时，反压护道高度为 1 m 时，其安全系数为 1.314；反压护道高度为 3 m 时，其安全系数为 1.523；反压护道高度为 5 m 时，其安全系数为 1.633；反压护道高度为 7 m 时，其安全系数为 1.578。

3）反压护道高度在 1～3 m 时，破裂面在路基填土内部发生；反压护道高度在 5 m 时，破裂面在地基中软基淤泥质土层发生；反压护道高度在 7 m时，破裂面在反压护道内部发生，这与相关的研究相一致。

4）随着反压护道的高度增加，其安全系数增加，但是反压护道的高度增加到 5 m 时，继续增加高度，其安全系数反而下降。反压护道高度在 1～5 m 时，安全系数增加幅度较大。依据现有的相关规范给出的安全系

数 1.30，建议取反压护道的高度为 3～5 m。考虑路基填土的经济和安全性，优先选取反压护道的高度为 3 m。

2.2.2（见图　反压护道的宽度对路基填土稳定性的影响 5、图 6）

图 5　反压护道宽度对安全系数的影响

从图 5、6 可以得出以下结论。

1）当反压护道的高度为 3 m 并保持高度不变，反压护道宽度为 1 m 时，其安全系数为 1.305；反压护道宽度为 4 m 时，其安全系数为 1.461；反压护道宽度为 8 m 时，其安全系数为 1.523；反压护道宽度为 12 m 时，其安全

系数为 1.523；反压护道宽度为 16 m 时，其安全系数为 1.523。

2）随着反压护道的宽度增加，其安全系数增加，但是反压护道的宽度增加到 8 m 时，继续增加宽度，其安全系数变化不大。反压护道宽度在 1～8 m 时，安全系数增加幅度较大；反压护道宽度在 8～16 m 时，安全系数变化不大。

3）反压护道宽度在 1～4 m 时，破裂面在路基填土内部沿反压护道坡脚处发生；反压护道宽度在8～16 m 时，破裂面在路基填土内部沿路基与反压护道顶部接触处发生，这与相关的研究相一致。依据现有的相关规范给出的安全系数 1.30，建议取反压护道的宽度为 4～8 m。考虑路基填土的经济性和安全性，优先选取反压护道的宽度为 4 m 。

- 77 -

研究探索工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第38卷Research & Explore（a）反压护道宽度 1 m 下的安全系数下限塑性乘数图

（b）反压护道宽度 4 m 下的安全系数下限塑性乘数图

（c）反压护道宽度 8 m 下的安全系数下限塑性乘数图

（d）反压护道宽度 12 m 下的安全系数下限塑性乘数图

（f）反压护道宽度 16 m 下的安全系数下限塑性乘数图

图 6　数值模拟下反压护道宽度对安全系数影响的

下限塑性乘数图

3　结语

1）未经处理的路基填土的安全系数在 1.242，低于现有的相关规范给出的安全系数 1.30，路基填土存在潜在的失稳破坏，不满足相关规范的要求，采取反压护道处理，可以提高路基填土的安全系数，满足相关规范的要求。

2）反压处理后，路基填土的安全系数增加，考虑- 78 -

路基填土的经济和安全性，优先选取反压护道的高度为 3 m，宽度为 4 m，安全系数为 1.461，增加 17.63 %。

3）随着反压护道的高度增加，其安全系数增加，但是反压护道的高度增加到 5 m 时，继续增加高度，其安全系数反而下降；随着反压护道的宽度增加，其安全系

数增加，但是反压护道的宽度增加到 8 m 时，继续增加宽度，其安全系数变化不大。Q（笔者注：第二作者对本文贡献等同于第一作者。）

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