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地震作用下路基工程破坏机理研究 　　摘要：本文所研究的地震作用下的路基工程破坏机理包括地震作用下路基土体的变形模式、边坡的破坏模式以及地震序列作用下岩土的损伤识别等方面的内容，阐述了路基工程在地震作用下的研究现状，其本质都是由于路堤、路堑边坡岩土体在强震作用下损伤而导致宏观变形、破坏现象。 　　关键词：路基工程 地震作用 破坏机理 　　中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号： 　　1、引言 　　路基工程是整个道路的主要承力层，其一般以土为骨架，土体颗粒间以水与空气填充。投入运营后的路基在长期自然作用会在一定程度上增加密实度，但往往与其使用性能的要求相比仍有很大差距。由于路基施工过程中天然土体被破坏，土体颗粒间的重新组合导致结构松散、孔隙增加，并导致其稳定性和强度降低，因此要保证路基的在地震作用下不会产生较大的破坏以及如何改进路基工程，提高其稳定性和抗震能力，具有一定的社会价值。汶川地震造成了震区路基工程的大量损毁，为西部高烈度山区拟建中的道路与铁道工程敲响了警钟。路基工程震后修复措施、地震作用下土体损伤效应及路基工程抗震技术，已成为当前亟需解决的关键科学问题。 　　2、地震作用下路基工程破坏机理研究现状 　　地震作用下岩土体及路基的变形可分为大变形(位移量1m)与小变形(位移量lm)发生时的破坏状态，即对于确定了滑动面的、以剪切变形为主的滑坡而言是合适的，但不适用于最大位移值在厘米级的土体压缩变形。 　　 　　图2.1 斜坡填方的地震变形破坏模式 　　 (l)填挖交界附近裂缝；通常来讲，地面裂缝最常见的部位为填挖交界处的建筑衬垫，或是与填挖交界最近的台阶上方。典型的填挖处裂缝横向延伸在8cm之内，与挖方相关的填料的局部沉降约在3cm之内。横穿填挖交界的结构破坏较为明显。挖探槽或探井，那些裂缝随着深度而变小丢，而只能追索到1-2m。因此，沿填方土和原土接触的裂缝看起来不是剪切破坏的表面显示。 　　 (2)填方地基的侧向延伸；填方侧向变形的证据可见平行于坡口线的张拉裂缝和混凝土面板与基础之间冷接缝处的相当大的分离(缝宽3cm)，或者在水池和水池面板之间。这些典型特征包括3-10cm的水平或垂直偏移量，但某些地方有更宽的裂缝(30cm)。 　　 (3)沉降；面板沉降会随着填方深度增加而增加，在横穿填方表面时产生差异沉降。这些沉降一般情况下可以在室内通过地面进行测量，标准允许6m长的地板的水平差异沉降为2.5cm(0.4%地面斜率)，尽管美国旧金山地区要求工程设计9m内的水平差异沉降为1.25cm(0.14%地面斜率)。根据相关数据，下卧基岩填方最大地面斜率为0.3%-2.4%，平均为1.1%。下卧土(冲积层)范围为O-2.2%，平均为1.1%。1963年前后的最大地面斜率分别为1.3%和1.0%。尽管有很多例子发现两个时期都有大的地面坡率(2%)。总而言之，由于地面倾斜导致的坡体填方沉降远远超过了房屋的正常沉降容许值，尽管这些运动部分因为震前固结或水力压缩。 　　3、地震序列作用下路堤损伤识别及测试研究现状 　　3.1静载作用下岩土体损伤过程的细观识别 　　土体的结构性，是指土体颗粒、孔隙的性状与排列形式(或称组构)，以及颗粒之间的相互作用。土体破损的宏观表现是产生裂纹。路基填土作为非饱和的超固结土，在路堤的横断面上，由于各个部位的压实度不完全相同，压实后残余水平应力的大小也必然不同，从而造成土体各微小区域上的强度不一致。路基填土各微小区域上强度不一致为土体中裂纹的形成创造了先决条件[2]。 　　3.2基于地震序列的路堤损伤研究 　　地震序列指在一定的时间内，发生在同一震源区一系列大小不同的地震，且其发震机制具有某种内在联系或有共同的发震构造的一组地震。一个地震序列中最强的地震称之为主震，主震后在同一震区陆续发生的较小地震称为余震，主震前在同一震区发生的较小地震称为前震。根据各个地震序列中大小地震比例关系、能量释放特征等，可将地震序列划分成主震型、震群型和孤立型等三个类型。 　　中国大陆从1970到2004年Ms全5.0级地震类型，发现主余型地震占59%、多震型占18%、孤立型占23%；吴开统等统计了中国大陆从1950到1980年Ms全6.0级地震类型，发现主余型地震占60.8%、多震型占23.7%、孤立型占17.5%。此外，板内逆冲型地震以主余型为主，孤立型次之，多震型最少[3]。 　　3.3基于剪切波速的路堤损伤测试研究概况 　　地震作用下土体震陷、地裂缝、局部变形、砂土液化等各种震害现象都与土体受力状态、抗剪强度及应力应变特性相关。土体的应力应变关系和抗剪强度与其剪切模量相关，而剪切波速V，又与剪切模量G存在如下的关系； 　　 　　式中为密度，为剪应力，剪应变，为弹性