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1、西部交通建设科技项目合同号：2001 318 812 07沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究 研究报告简本长 安 大 学陕西省公路局二零零三年十二月0弓|言11项目研究概况11.1国内外研究概况 11.2总体研究目标11.3技术路线 12主要开展的研究工作及关键技术22.1 主要开展的研究工作22.2关键技术43项目研究的主要内容53.1沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性的主要影响因素53.2沙漠地区公路路基边坡设计与施工63.3沙漠地区公路路基边坡稳定性计算理论、方法及计算参数83.4沙漠地区公路路基边坡设计原则、适用条件及技术要求94主要研究成果12附件1 鉴定资料总目录13附件2 研
2、究报告总篇目14中文题名沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究英文题名A Study on Subgrade Slope Design of Desert Highway and Its Stability交通编号项目来源西部交通建设科技项目单位编号合同号2001 318 812 07分类号TU项目起止年限2001年8月2003年12月第一完成单位长安大学项目负责人折学森报告撰写人折学森胡保存周志军项目主要 参加人员长安大学折学森陕西省交通厅胡保存长安大学周志军陕西省公路局杨健榆靖高速公路管理处魏俊奇长安大学程淑贞内蒙古自治区公路局刘永祥长安大学王晓谋榆林公路局设计室马润前榆靖高速公路管理处赵
3、雄榆林市交通局高军榆蒙高速公路项目办胡海波长安大学张志友主题词沙漠公路路基边坡设计稳定性关键词沙漠公路路基边坡工程调查沉降机理失稳形式设计原则技术指标典型断面报告摘要本课题在国内外资料调研及工程调查的基础上，总结了不同地区不同等级沙 漠公路路基边坡的设计原则及防护措施。结合依托工程不同填方高度及坡比的试 验段，对沙漠公路路基边坡压实、边坡防护、边坡稳定性、路基沉降及回弹模量 进行了现场试验和工后观测，试验和验证了不同施工工艺、不同坡比情况下风积 沙路基边坡在不同风沙环境下的力学稳定性特点及边坡防护措施。针对西部各沙 漠特点，选择有代表性的风积沙在室内开展了大比尺模拟路基边坡稳定性试验， 提出了
4、风积沙路基沉降机理及计算方法、边坡失稳破坏形式及其影响因素。同时 针对采用不同级配风积沙作为路基填料的情况，通过配制多种级配试样进行较系 统的试验，得出风积沙有关的物理力学性质的具体参数及其统计规律。在室内外 试验基础上，开展了风积沙路基边坡稳定性的计算理论和方法的研究，提出了符 合沙漠路基特点的实用理论和方法，并结合实体工程进行了计算分析。在上述研 究工作基础上，提出了沙漠地区路基边坡设计原则、技术指标以及有关的典型边 坡设计断面图表和具体参数。AbstractBased on the investigation of engineering and data at home and abr
5、oad , this subject summarizes subgrade slope design principles and protection methods of different grade desert highways in different areas. In view of test sections with different depths of filling and rates of grade, subgrade slope compaction, protection and stability, subgrade settlement and rebo
6、und modulus in desert have been tested and observed in field, the characters of mechanical stability and protection measures of subgrade slope with different construction techniques and grade rates have been tested and verified in different sand drift environment. According to the characters of dese
7、rts in west, through large scale indoor model test of subgrade slope stability with typical sand, this paper puts forward subgrade settlement theorem and computation method, analyzes the patterns of slope stability failure and factors influencing it. At the same time, in accordance with the use of w
8、ind-blown sand of different grading in subgrade, specific parameters and statistical laws of physical and mechanical characters have been obtained through synthetic tests of various grading sample. On the basis of indoor and field tests, through studies on computation theory and method of wind-blown
9、 sand subgrade slope stability, the paper puts forward practical theories and methods, which have been put in use in engineering. At last, this paper advances principles and technical targets, typical design section tables and specific parameters of subgrade slope.0引言“十五”期间及后期，我国将在沙漠地区修建的不同等级公路里程数以万
10、 计，但目前在沙漠公路建设方面，开展的研究工作尚不深入，有关的设计施工 技术规范、规程及标准亟待制定或补充完善。沙漠地区公路路基主要采用风积沙材料填筑。路基边坡的设计一方面要考 虑其力学稳定性，另一方面还要考虑其防沙害、水毁冲刷的稳定性。因此，沙 漠公路路基边坡设计中，既要合理设计坡比，还要采用合理可靠的防护措施。 我国各沙漠地区风积沙特性差异明显，风沙环境及气候条件也显著不同，同时 不同等级沙漠公路对路基边坡稳定性的技术要求也不同。为此，针对不同地区 不同等级沙漠公路，如何对路基边坡作出安全可靠和较经济的设计，尚需作深 入研究。1项目研究概况1.1国内外研究概况以往公路等级较低，路线主要以沿
11、地爬为主，路基边坡设计及其稳定性并 不是突出的技术问题。由于道路等级的提高，对公路平纵曲线技术水平要求相 应提高，公路沿线高填深挖现象必将大量出现。这时，不同形态沙漠区的路基 边坡如何在确保整体力学稳定性和防沙害稳定性的基础上进行坡比设计和稳 定性评价，就成为公路建设中的重要技术问题。1.2总体研究目标本项目总体研究目标包括如下两个方面：1）提出沙漠地区公路路基边坡设计原则、技术指标，稳定性的理论分析 方法以及适用条件；2）为制定沙漠公路路基边坡设计的规范及标准提供有关的技术依据和试 验参数。1.3技术路线在国内外资料调研基础上，与内蒙、新疆有关沙漠路基研究项目的课题组 合作，对沙漠地区已建公
12、路路况、边坡稳定性、风沙环境和风积沙特性的影响等因素开展较全面的调查和统计分析。结合依托工程，对十一处不同填方高度 及坡比的试验段路基边坡压实、稳定性及防护措施进行现场试验和工后观测。 同时，针对西部沙漠公路路基特点，选择有代表性的风积沙试样，在室内开展 大比尺模拟路基边坡稳定性及其力学参数的试验研究。在室内外试验资料整理 分析基础上，开展风积沙路基边坡稳定性的计算理论和方法的研究，并对依托 工程试验段路基边坡稳定性进行验算和评价。最后提出项目研究成果及报告。2主要开展的研究工作及关键技术2.1主要开展的研究工作1）工程调查课题组与新疆、内蒙有关沙漠路基研究项目课题组合作，对沙漠地区二十 余条
13、已建公路路基边坡稳定性及其防护措施进行了系统地调研和测试。工程调 查照片详见分报告一。2）现场试验图2-1回弹模量检测照片课题组对依托工程十一处试验段进行 了详细地试验及工后观测。其中回弹模量 检测时，每个断面从路中全路肩等间距测 定三个点，路肩测点距边缘1.52.0m左 右，两个半幅合计，每个断面共6个测点， 用于比较不同坡比及填方高度情况下的 边坡整体稳定性。图2-1给出了现场试验 过程中回弹模量检测照片。3）风积沙物理力学性质试验课题组对原始风积沙进行筛分，按拟定比例配制成多种级配沙样，系统地 试验研究了不同级配风积沙的物理力学性质。图2-2给出了试验过程中一组照 片。（a）重型标准击实
14、试验照片（b）风积沙压缩试验照片图2-2风积沙物理力学性质试验照片4）室内大型模拟路基边坡试验课题组在室内对不同施工工艺、不同压实度及不同坡比情况下风积沙路基 边坡的力学稳定性进行了模拟试验，取得了大量在现场无法得出的有关试验结 果。图2-3给出了模拟试验过程中部分照片。（a）模拟试验正视图（b）测量滑动面形状图2-3模拟路基边坡破坏试验照片5）风积沙路基边坡稳定性的理论研究课题组对填料为均质时路基边坡稳定性和考虑路面材料及压实度分区时 的路基边坡稳定性进行比较分析，提出适合风积沙路基边坡稳定性的计算理 论、方法及计算参数。6）撰写研究成果报告课题组在对已建公路详细的工程调查，室内外试验，资料
15、整理及理论分析 基础上，撰写了八个分报告、一个总报告、一个研究工作报告及一个经济效益 分析报告，并编制了沙漠地区公路路基边坡设计与施工技术指南。2.2关键技术1）风积沙路基边坡设计及其稳定性研究的强度参数测定不同深度范围内路基填料按相应规定的压实度分层填筑，不同压实度的风 积沙对应的内摩擦角甲不同。因此，如何测定不同压实度风积沙的内摩擦角成 为沙漠公路路基边坡设计及其稳定性研究的关键技术之一。课题组对不同级配 风积沙进行多次试验，得出了不同级配风积沙在不同压实度时对应的内摩擦 角，回归公式为中=aK +b，其中K为实际路基的平均压实度值，参数a、b与颗粒级配及计算压实度K的压实标准有关。图2-4给出了直剪仪器改装前后对 比图。（a）均布应力加载方式（b）局部集中应力加载方式图2-5模拟路基顶面加载方式示意图关于风积沙路基边坡在荷载作用下的破坏形式，以往研究较少，或者说几乎为零。课题组在模拟路基顶面按均布应力和局部集中应力进行加载试验，图 2-5给出了模拟路基顶面加载方式示意图。试验结果表明，风积沙路基边坡稳 定性分析应主要考虑路基在均布应力作用下的边坡失稳破坏形式。（3）风积沙路基沉降机理及其计算方法由于风积沙为散粒体，路基顶部一定深
