AH09014xiu平原地区公路路基震害类型及机理分析最终修改稿.docVIP

文章编号：1009-6094(2010)01-0000-00 平原地区公路路基震害类型及机理分析 ( 侯超群1,2，王晓谋1，周志军1，李海滨1 （长安大学公路学院，西安 710064） 摘要：根据资料分析和现场调查，对平原区公路路基常见震害进行分类。结合库仑强度理论和有效应力原理分析平原区公路路基震害机理研究表明：地震作用引起土体中超静孔隙水压力上升、有效应力降低，从而弱化了土体的强度；水平地震力是诱发路堤、边坡破坏的因素；同水平地震力相似，竖向地震力同样会造成土体强度的削弱。最后，针对平原区公路路基震害的特点和机理，在平原区道路的选线、施工、质量控制等方面给出防治措施。 关键词：震害水平地震力竖向地震力地基液化 U416.1 文献标识码：A doi: 10.3969/j.issn.1009-6094.2010.01.000 0 引言 2008年5月12日发生的汶川大地震（8.1级）给人民的生命财产造成巨大损失。汶川地震中，公路遭到严重破坏，极大的影响了救援工作的开展，增加了救援难度。我国是一个地震活动频繁、强度大、震源浅、分布广的震灾严重国家，据国家防震减灾规划（2006—2020年），中国50%的国土面积位于Ⅶ度以上的地震烈度区域。因此，研究公路整体的抗震稳定性、确保公路的正常运行尤显重要。 本文以平原地区道路路基（路堑）的地震稳定性为研究对象，通过对公路路基（路堑）震害的调查与分析，探索平原区道路震害的机理，进一步提出震害的防治措施。 1 常见的公路路基震害 平原地区由于地下水埋藏浅、土质松软，地震时容易引发地基土液化、震陷等灾害。地震造成道路变形，引起路面开裂、路线扭曲、路基沉陷。严重时地震能使局部地形改变，产生或隆起或沉降，使道路坼裂、铁轨扭曲、桥梁折断[1]。 平原地区公路以路基为主，桥梁隧道所占比例小。因此，地震时平原地区的路基病害较为严重。平原地区地震时常见的路基病害有以下几种1）地基震陷地基在地震作用下产生的附加变形称为震陷。震陷多发生在软土地基和黄土地基中。 软土路基受震动荷载后，易产生侧向滑动、沉陷、不均匀沉降及基底向两侧挤出的现象，不利于路基的稳定[2]。于洪治等[3]通过静力软化试验和动三轴震陷试验研究了软土的震陷特性，并指出震陷包括软化变形和惯性变形两部分，饱和软土随孔隙水压力的增长而逐渐软化。黄土地区也会出现震陷，但其产生的原因不同软土地基。黄土的微结构以支架大孔胶结结构为主，具有结构性强、空隙大的特点。地震时，地震惯性力作用下原先黄土颗粒间的胶结力遭到破坏，骨架脱离约束而重新排列，这便形成震陷。图1为2005年11月26日江西瑞昌地震中某农场的一条小路产生的震陷变形。在强烈地震作用下，类似液体的现象液化灾害现象。地裂缝切过地下含水层，地下水挤压，沿着裂缝夹带着泥砂涌出地表，形成喷砂、冒水现象。round collapse and water burst 图3 地裂缝引起的横向裂缝Fig.3 Cross fracture caused by ground fissure 图4 路堤边坡失稳破坏 Fig.4 Side destruction in roadbed 2 平原区公路路基震害机理分析 2.1 地震对土体强度的影响 土坝、路堤等填方边坡以及天然边坡等的稳定性问题，其实质是土体的强度问题。岩土工程中，土体强度指的是土体的抗剪强度。对于饱和状态土，由于土中的水不能提供抗剪力，所以根据库伦强度理论及有效应力原理，由下式来确定土体的抗剪强度。 （1） 从式1）可以看出，影响土体强度的因素是有效应力、聚力和内摩擦角。其中为土中总应力）。地震的作用引起土体内部孔隙水压力上升，即超静孔隙水压力。一般地震历时几秒至十几秒，如此短的时间内，地震产生水压力来不及消散，便降低了土体中的有效应力；同时，土体含水量的增大还会削弱聚力和内摩擦角。以上便是地震造成土体抗剪强度降低的原因。 2.2 水平地震力对土体应力条件的影响 已有研究表明，地震力是比较复杂的，在计算时可以将其用简谐波的形式来定量表达，图5。 分别为水平地震力和竖向地震力 图5 简谐波形式的地震力 Fig.5 Seismic force in simple harmonic wave 对于简单土坡，地震前一般条件下如图6，土体内某单元的受力条件为：第1主应力为，第3主应力为（(为土体容重、hk0为土体侧向压力系数）。此时的应力莫尔圆为图7中的实线圆。 地震时，该土体单元在t2时刻水平地震力作用下的受力条件为，，见图7中的虚线圆。从图7可以看出，水平地震力使土体的应力状态更接近破坏强度线。 在靠近路基边坡顶部，由于较小，当地震强烈时，有可能在坡顶部位出现拉应力——。这便是地震时路基边坡