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软弱层特性对斜坡软弱地基路堤变形影响 　　摘要： 为获得不同软弱层特性条件下斜坡软弱地基路堤的变形规律，建立了斜坡软弱地基在路堤自重荷载作用下的非线性有限元数值模型，探讨了软弱层特性各因素对斜坡软弱地基路堤变形的影响；通过正交试验设计，对软弱层特性各因素对变形影响的显著性进行了评价.结果表明：软弱层土体弹性模量、软弱层厚度是产生过大竖向沉降和侧向变形的决定性因素；地面横坡的存在是加剧地基变形的重要因素；当软弱层位于地基顶面时，对地基变形尤其是侧向变形影响显著；应综合考虑软弱层特性各因素的影响，采取地基处理、侧向约束等工程措施限制变形. 关键词： 斜坡软弱地基路堤；软弱层特性；变形；显著性；正交试验设计 中图分类号： TU751.4文献标志码： A Influence of Weak Layer Properties on Deformation of 我国西南地区多山，修筑铁路或公路路堤将频繁遭遇斜坡软弱地基[14].斜坡软弱地基路堤极易出现滑塌失稳、地基侧向变形过大等重大工程事故.斜坡软弱地基路堤变形机理复杂，影响因素众多.从构造上看，斜坡软弱地基路堤包括路堤、斜坡软弱层、下卧刚硬层.就斜坡软弱层特性而言，软弱层土体弹性模量、厚度、在地基中的相对位置（即层位）和地面横坡等材料、几何属性无疑是影响斜坡软弱地基路堤变形的核心要素.蒋鑫、刘金龙等通过数值模拟、张良等采用离心模型试验等手段对斜坡软弱地基路堤变形进行了研究[510]，但均仅考虑地面横坡对斜坡软弱地基路堤侧向变形和竖向沉降的影响.文献[11]初步探讨了软弱层在地基内的相对位置、厚度的非均匀性对斜坡软弱地基路堤变形的影响，但仅获得了少量关键点的位移响应，且未明确软弱层特性各因素对路堤变形影响的显著性，从而极大地增加了工程风险及造价. 鉴于模型试验费用昂贵、数量有限，不便进行参数敏感性分析，文献[12]尝试将数值分析结果与离心模型试验成果进行对比验证，二者吻合较好.本文在文献[12]的基础上，尝试用非线性有限元法建立斜坡软弱地基在路堤自重荷载作用下的数值模型，逐一讨论软弱层土体弹性模量、厚度及在地基中的相对位置（即层位）、地面横坡等材料、几何属性对侧向变形和竖向沉降的影响，然后通过正交试验设计，评价软弱层特性各因素对地基变形影响的显著性，进而提出有针对性的工程措施.西南交通大学学报第48卷第2期刘晋南等：软弱层特性对斜坡软弱地基路堤变形的影响1数值模型的建立用荷兰开发的岩土工程有限元软件Plaxis，建立图1所示的斜坡软弱地基路堤平面应变数值模型.地基宽度为120 m，根据TB 10001—2005《铁路路基设计规范》[13]，取路堤顶面宽为7.5 m.路堤边坡坡比为 1∶1.5，路堤填高为8.0 m（以路堤中心线标高为准），地面横坡为 1∶m（m=5.0，7.5，10.0，12.5，15.0，17.5，∞，当m=∞时，即退化成为普通水平地基），软弱层厚度为Hw（Hw=1，2，3，4，5，6 m），软弱层顶面至地基顶面的距离为H（H=0，1，2，3，4，5 m）. 显然，该模型能综合考虑软弱层土体弹性模量Ew、地面横坡 1∶m、软弱层厚度Hw和软弱层层位H四个软弱层特性核心因素. 4基于变形特征及显著性分析的斜坡软弱地基路堤工程对策正交设计结果表明，软弱层土体弹性模量Ew和软弱层厚度Hw对竖向沉降的影响显著性分列第1、第2位，二者是控制地基竖向沉降最核心的因素.在设计与施工时，应高度重视软弱地基的处理，根据软弱层的厚度采取浅层处治或复合地基方案，以提高土体弹性模量，减小地基的竖向沉降. 软弱层层位H虽然对地基竖向沉降的影响较小，但即使软弱层以“夹层”的形式存在（H≠0 m），竖向沉降仍较大，接近水平软弱地基，故无论层位如何，都应重视地基竖向沉降的控制. 软弱层层位H和软弱层土体弹性模量Ew对侧向变形影响的显著性分列第1、第2位.当软弱层位于地基顶面（H=0 m）时，侧向变形远远大于软弱层以“夹层”的形式（H≠0 m）存在时的侧向变形，且软弱层土体弹性模量Ew越低，地基的侧向变形越大.因此，当存在表层软弱层（H=0 m）时，宜采用提高土体弹性模量甚至抗滑桩等加固方法限制地基侧向变形. 2组正交设计均表明，地面横坡对地基变形影响的显著性不同，但总体上影响权重较其他因素小，侧向变形和竖向沉降统计参数Ki并未随地面横坡变陡而单调增大. 这是因为地面横坡对地基变形的影响受到软弱层土体弹性模量、软弱层厚度、软弱层层位等多个因素共同制约，较大的地面横坡将在软弱层土体弹性模量偏低、厚度偏大、层位偏高时发挥类似“催化剂”的作用，加剧地基变形. 因此，当存在横坡较陡的深厚表层软弱层时，宜采用地基处理和侧向约束的联合措施，限制变形