软土地基填土稳定性控制尖点突变模型.pdf

软土地基填土稳定性控制的尖点突变模型1 周翠英，温少荣 中山大学工学院，岩土工程与信息技术研究中心，广州（510275 ） E-mail：zhoucy@ 摘 要：在高速公路等工程的软基填土过程中，其稳定性分析与控制是其关键问题之所在。 目前，主要依靠位移监测及基于条分法的稳定性分析方法进行控制。研究表明：填土的变形 破坏发展过程是从稳定的弹塑性状态进入流变状态，这一现象与突变论中的尖点突变从稳定 的下叶突跳进入上叶相吻合；且填土稳定的剪切破坏点对应着突变论分叉集的边界。所以， 填土过程中地基土变形破坏的规律与尖点突变过程在机理上存在一致性。本文从系统分析的 观点出发，结合某高速公路的填土过程，首先分析了填土中地基失稳破坏过程与尖点突变过 程机理上的相似性；然后，通过两种方案组合建立尖点突变破坏判据：（1 ）选取侧向位移速 率为土体破坏的阻抗因子，选取孔压系数为土体破坏的发展因子，选取任意荷载与破坏荷载 的比值作为状态变量，建立了基于侧向位移速率和孔压系数控制下的尖点突变模型I；（2 ） 考虑到复杂地层及排水系统的不同对填土稳定性的影响可通过地表沉降进行综合反映的情 况，在模型I 的基础上，选取侧向位移速率为土体破坏的阻抗因子，选取孔压系数和地表沉 降为土体破坏的发展因子，选取任意荷载与破坏荷载的比值作为状态变量，建立了侧向位移 速率、地表沉降速率和孔压系数控制下的尖点突变模型Ⅱ，以适应更为普遍的复杂地层情况。 并结合实际的填土过程给出该模型明确的物理意义。最后，将还两类模型应用于中国广东省 某高速公路的软基填土稳定性分析中。结果表明：基于突变理论所建立的尖点突变模型是可 靠的。这不仅提供了填土稳定性分析与控制的新方法，而且具有较好的实际应用价值。 关键词：软土软基；填土稳定性；机理分析；尖点突变模型；工程应用 中图分类号：TU 473.1 文献标识码：A 实情形，也难以控制填土变形破坏的发展过 1. 引言 程。塑性极限分析理论和模糊极限理论由于 堆载预压方法是软基处理的常用方法， 其假设条件的限制，其只能对具有简单几何 而填土的稳定性分析与控制是堆载预压的 形状、介质均匀的问题提供解答，故影响了 关键问题之所在。并与工程的安全、可靠、 其在实践中的推广应用[2-4] 。 工期等有着十分重要的关系。目前，填土稳 本文从系统分析的观点出发，结合某高 定性分析与控制基本靠施工过程的位移、孔 速公路的填土过程，首先分析了填土中地基 压监测结合与经验判断进行控制[1-4] ，存在 失稳破坏过程与尖点突变过程机理上的相 较大的人为性。因而，填土过程中的失稳现 似性；采用突变论方法研究土体整体变形形 象时有发生。而关于填土稳定性分析与控制 态变化构成行为曲面，行为曲面的曲面方程 理论分析方法主要有[1] ：（1）极限平衡理论； 即为土体距离破坏程度的尖点突变模型方 （2 ）模糊极值理论；（3 ）塑性极限分析理 程 [5-7] 。然后，通过两种方案组合建立尖点 论。采用极限平衡方法分析填土的稳定性， 突变破坏判据：选取侧向位移速率为土体破 由于没有考虑土体本身的应力—应变关系， 坏的阻抗因子，选取孔压系数为土体破坏的 所求出的安全系数只是所假定的滑裂面