1、1软弱层特性对斜坡软弱地基路堤变形的影响摘要： 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
2、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2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
3、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
4、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 100012005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 11.5，路堤填高为 8.0 m（以路堤中心线标高为准） ，地面横坡为 1m（m=5.0，7.5，10.0，12.5，15.0，17.5，当
5、 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）. 3显然，该模型能综合考虑软弱层土体弹性模量 Ew、地面横坡 1m、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
6、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（H0 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（H0 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
7、，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4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，限制变形的进一步加剧.这与文献15提出的“强基固本、抗滑治软”的工程理念吻合.5 结论通过对斜坡软弱地基路堤变形的数值模拟以及不同软弱层特性参数（软弱层土体弹性模量、软弱层厚度、软弱层层位以及地面横坡等）影响的分析，获得以
8、下结论： （1） 软弱层土体弹性模量、软弱层厚度是地基产生过大竖向沉降和侧向变形的决定性因素；地面横坡是加剧地基变形的重要因素，特别是当存在软弱层时，地面横坡显著加剧了地基的侧向变形.当土体弹性模量较大、软弱层厚度较薄时，地面横坡对地基变形的影响有限. （2） 当软弱层以“夹层”的形式存在时，对地基侧向变形影响有限，竖向沉降接近水平软弱地基；当软弱层位于地基顶面时，对地基变形的影响显著，尤其是对侧向变形. （3） 软弱层特性 4 个因素对侧向变形和竖向沉降的影响权重不同，就竖向沉降而言，软弱层土体弹性模量和软弱层厚度的影响较大；就侧向变形而言，软弱层层位和软弱层土体弹性模量的影响较大. （4）
9、 在实际工程中，应高度重视提高软弱层土体弹性模量，以有效抑制地基变形；当软弱层位于地基表面、厚度较大且地面横坡较陡时，宜采取地基处理与侧向约束的联合措施. 参考文献： 1魏永幸，罗强，邱延峻. 斜坡软弱地基填方工程技术研究与实践M. 北京：人民交通出版社，2011： 1820. 2魏永幸. 松软倾斜地基填方工程安全性评价方法J. 地质灾害5与环境保护，2001，12（2）： 7379. WEI Yongxing. An disquisition for the safety of earthwork in the floopytip groundJ. Journal of Geological
10、 Hazards and Environment Preservation， 2001， 12（2）： 7379. 3魏永幸，罗强，邱延峻. 斜坡软弱地基填方工程特性及工程技术研究J. 铁道工程学报，2006（9）： 1015. WEI Yongxing， LUO Qiang， QIU Yanjun. Research on engineering characteristics and engineering techniques for filling of slope weak foundationJ. Journal of Railway Engineering Society， 20
11、06（9）： 1015. 4LIU Jinnan， JIANG Xin， HUANG Mingxing， et al. Review of the research progress about embankment over sloped weak groundCProceedings of the Third International Conferences on Transportation Engineering （ICTE）. S.l.： ASCE， 2011： 20862091. 5蒋鑫，魏永幸，邱延峻. 斜坡软弱地基填方工程数值仿真J. 交通运输工程学报，2002，2（3）：
12、4146. JIANG Xin， WEI Yongxing， QIU Yanjun. Numerical simulation of subgrade embankment on sloped weak groundJ. Journal of Traffic and Transportation Engineering， 2002， 2（3）： 4146. 6蒋鑫，邱延峻，魏永幸. 基于强度折减法的斜坡软弱地基填方工程特性分析J. 岩土工程学报，2007，29（4）： 622627. 6JIANG Xin， QIU Yanjun， WEI Yongxing. Engineering behav
13、ior of subgrade embankments on sloped weak ground based on strength reduction FEMJ. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2007， 29（4）： 622627. 7刘金龙，刘洁群，陈陆望. 倾斜软弱地基上路堤的变形特征研究J. 西安建筑科技大学：自然科学版，2007，39（6）： 818823 LIU Jinlong， LIU Jiequn， CHENG Luwang. Study on the deformation behavior of subgrad
14、e embankments on inclined weak foundationJ. Journal of Xian University of Architecture & Technology： Natural Science Edition， 2007， 39（6）： 818823. 8刘金龙，陈陆望，汪东林. 基于倾斜软弱地基的填方工程特性分析J. 岩土力学，2010，31（6）：20062010. LIU Jinlong， CHEN Luwang， WANG Donglin. Characters of embankment on inclined weak foundationJ
15、. Rock and Soil Mechanics， 2010， 31（6）： 20062010. 9张良，魏永幸，罗强. 基于离心模型试验的斜坡软弱土地基路堤变形特性研究J. 铁道建筑技术，2004（1）： 5153. ZHANG Liang， WEI Yongxing， LUO Qiang. Study on deformation for slope flabby subgrade embankment based on centrifugal model testsJ. Railway Construction Technology， 2004（1）： 5153. 10张良，魏永幸，罗
16、强. 基于离心模型试验的斜坡软弱土地基路7堤加固方案研究J. 铁道工程学报，2004（1）： 7376. ZHANG Liang， WEI Yongxing， LUO Qiang. Study on reinforcement projects for slope flabby subgrade embankment based on centrifugal model testsJ. Journal of Railway Engineering Society， 2004（1）： 7376. 11蒋鑫，邱延峻，魏永幸. 软弱夹层性状对斜坡软弱地基填方工程稳定性的影响分析C中国岩石力学与工程学
17、会. 第八次全国岩石力学与工程大会论文集. 北京：科学出版社，2004： 648651. 12刘晋南，蒋鑫，邱延峻. 斜坡软弱地基路堤工程特性的数值模拟J. 中国铁道科学，2011，32（2）： 814. LIU Jinnan， JIANG Xin， QIU Yanjun. Engineering behavior of embankment over sloped weak ground based on numerical simulationJ. China Railway Science， 2011， 32（2）： 814. 13铁道第一勘查设计院. TB 100012005 铁路路基
18、设计规范S. 北京：中国铁道出版社，2005. 14李云雁，胡传荣. 试验设计与数据处理M. 2 版. 北京：化学工业出版社，2008： 124132. 15尤昌龙，赵成刚，张焕城，等. 高原斜坡软土路基施工试验研究J. 岩土工程学报，2002，24（4）： 503508. YOU Changlong， ZHAO Chenggang， ZHANG Huancheng， et al. Study on construction test of embankment on soft clay of plateau slopeJ. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 82002， 24（4）： 503508. （中、英文编辑：付国彬）
