饱和黄土地基机场高填方的稳定性研究

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随着我国综合国力的增强,各地对于交通基础设施的建设重视度和投资额不断上升,国内机场建设进入旺盛期。大量新建机场高填方工程已经突破了历史经验积累,难以从工程实例和规程规范中获得完整的设计依据支持,为工程建设带来了很大困扰。这些高填方工程有成功的案例,但也不乏局部或整体失效的教训。近期,我国西北部湿陷性黄土地区拟新建一最大边坡高差达200m的机场,其临近地区一机场在建设过程中曾发生边坡破坏,事故原因经分析与地下水影响相关,深入研究高地下水位的饱和黄土地基上快速填方工程的稳定性问题势在必行。我国工程界对于不排水强度指标和分析方法的选用还缺乏广泛的共识,当前我国工程界惯常使用的方法是不排水总应力强度指标分析方法(Method C),与国外普遍采用的基于有效应力强度指标的不排水分析方法(Method A)和考虑固结应力作用的不排水强度指标方法(Method B)有较大不同。本文首先系统比较了国内外三种不排水稳定性分析方法和相应的强度指标差异;之后采用了理论较完备的有限元极限分析方法、工程设计领域广泛应用的极限平衡法和目前在土木工程领域获得普遍认可的弹塑性有限元法,应用Mohr-Coulomb屈服准则和修正剑桥模型,从简单算例入手,到实际工程案例,进行了高填方工程的不排水稳定性分析。研究结果表明饱和地基上高填方工程的稳定性分析,有必要采用Method A或Method B进行稳定性验算,而采用我国当前工程设计中常用的Method C有高估工程稳定性的风险,这对于部分工程设计将产生巨大影响。同时,对于三种计算方法而言,极限平衡法能基本满足工程精度要求,但计算结果离散程度较大;采用修正剑桥模型的弹塑性有限元法能够准确计算位移、有限元极限分析方法能够给出严格包络安全系数真实解的上限解和下限解,均具有在工程界推广的意义。
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