两种边坡稳定性分析方法比较研究
边坡稳定性分析方法
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边坡稳定性分析方法1.1 概述边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题,一直是岩土工程研究的的一个热点问题。
边坡稳定性分析方法经过近百年的发展,其原有的研究不断完善,同时新的理论和方法不断引入,特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。
边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。
任何一个研究体系都是由简单到复杂,由宏观到微观,由整体到局部。
对于边坡稳定性研究,在其基础理论的前提下,边坡稳定分析方法从二维扩展到三维,更符合工程的实际情况;由于一些新理论和新方法的出现,如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识,边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。
同时,由于边坡工程的复杂性,边坡稳定评价不能依赖于单一方法,边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。
1.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法很多,归结起来可分为两类:即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。
不确定性方法主要有随机概率分析法等。
1.2.1 极限平衡分析法极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法,通过安全系数定量评价边坡的稳定性,由于安全系数的直观性,被工程界广泛应用。
该法基于刚塑性理论,只注重土体破坏瞬间的变形机制,而不关心土体变形过程,只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。
其分析问题的基本思路:先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面,通过分析在临近破坏情况下,土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡,计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。
极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系,不能反映边坡变形破坏的过程,但由于其概念简单明了,且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型,计算结果也已经达到了很高的精度。
因此,该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。
在工程实践中,可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。
边坡稳定性分析方法
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边坡稳定性分析方法边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。
岩土边坡是一种自然地质体,一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割,使边坡存在削弱面,在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下,使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。
边坡稳定性分析过程一般步骤为:实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。
其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究,即边坡稳定性分析方法的研究。
边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容,也是边坡稳定研究的基础。
1 边坡稳定性研究发展状况边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代,最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算,直到60年代初,岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。
早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的:一是借用刚体极限平衡理论,根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。
二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析,但基本上都是单因素的。
50年代,我国许多工程地质工作者,在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法,也是偏重于描述和定性分析。
60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件,使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体,边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程,每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程,这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释,从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。
进入80年代以来,边坡稳定研究进入了蓬勃发展的新时期。
一方面随着计算理论和计算机科学的迅猛发展,数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。
边坡稳定性分析的研究也开始采用数值模拟手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程,从岩石力学和数学计算的角度认识边坡变形破坏机制,认识边坡稳定性的发展变化。
公路边坡稳定性评价方法及滑坡防治措施
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公路边坡稳定性评价方法及滑坡防治措施引言近年来,随着国民经济的飞速发展,“村村通公路”工程的进一步实施,在地形困难路段修建的公路越来越多。
受各种条件的限制,大填、大挖方路段频繁出现,相伴而来出现了较多的路堤边坡失稳,边坡及路堑边坡坍塌等地质灾难现象,给公路建设、运营带来巨大的经济损失。
因此在公路建设中需要选用合理的方法评价其边坡稳定性,根据评价结果确定合理的边坡治理措施进而做到既保证公路运营的安全,又节约投资。
由此看来,稳定性评价的方法显得至关重要。
本文对边坡稳定性评价方法和滑坡防治措施进行研究,为二程技术人员在实际工程中选用合理的评价方法和防治措施提供参考。
1、公路边坡病害的分类边坡病害可分为以下3类。
1、1滑坡滑坡是路基山坡土体或岩体由于长期受地下水、地表水活动的影响使其结构逐渐失去支撑力,在自重的作用下,整体沿着一定软弱面向下滑动。
滑坡按其引起滑动的力学特性来区分,可分为牵引式和推移式滑坡。
牵引式滑坡是下部先滑动,使上部失去支撑而变形滑动,一般速度较慢,可延续相当长时间,横向张性裂隙发育,表面多呈阶梯状或陡坎状。
推移式滑坡是上部岩土挤压下部岩土体产生变形,滑动速度较快,滑体表面波状起伏,多见于有堆积分布的斜坡地段。
1.2崩塌所谓崩塌是整体岩土块脱离母体,忽然从较陡的斜坡上崩落下来,并顺斜坡猛烈翻转、跳跃,最后堆落在山脚。
其具有突发性,危害较大,与滑坡的区别是崩塌发生急促,破坏体散开,并有倾倒、翻滚现象。
而滑坡体一般总是沿着固定滑动面整体、缓慢地向下滑动。
1.3剥落所谓剥落是指边坡表层受风化,在冲刷和重力作用下,不断沿斜坡滚落。
2边坡稳定性评价依据在对边坡进行稳定性评价之前,需要搜集工程地质环境资料,这既是选取边坡稳定性评价方法的依据,也是边坡稳定性评价的基础性资料。
它包括自然地理条件、地层岩性、地质构造及地震、水文地质条件等,可以通过查阅历史资料、调查访问及地质勘探获得”。
2边坡稳定性分析边坡稳定性分析主要采用定性与定量相结合的评价方法,根据2种方法的评价结果,得出统一结论,确定该边坡的治理措施。
边坡稳定性分析—
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第一章绪论1.1引言边坡是自然或人工形成的斜坡,是人类工程活动中最基本的地质环境之一,也是工程建设中最常见的工程形式。
随着我国基础设施建设的蓬勃发展,在建筑、交通水利、矿山等方面都涉及到很多边坡稳定问题。
边坡的失稳轻则影响工程质量与施工进度,重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。
因此,边坡的勘察监测、边坡的稳定性分析、边坡的治理,是降低降低灾害的有效途径,是地质和岩土工程界重点研究的问题。
随着城市化进程的加速和城市人口的膨胀,越来越多的建筑物需要被建造,城市的用地也越来越珍贵。
特别是对于长沙这样多丘陵的城市来说,建筑边坡成为了不可避免的工程。
1.2边坡破坏类型边坡的破坏类型从运动形式上主要分为崩塌型和滑坡型。
崩塌破坏是指块状岩体与岩坡分离,向前翻滚而下。
一般情况岩质边坡易形成崩塌破坏,且在崩塌过程中岩体无明显滑移面。
崩塌破坏一般发生在既高又陡的岩石边坡前缘地段,破坏时大块岩体由于重力或其他力学作用下与岩坡分离而倾倒向前。
崩塌经常发生在坡顶裂隙发育的地方。
主要原因有:风化等作用减弱了节理面的黏聚力,或者是雨水进入裂隙产生水压力,或者是气温变化、冻融松动岩石,或者是植物根系生长造成膨胀压力,以及地震、雷击等外力作用(图1-1)。
滑坡是指岩土体在重力作用下,沿坡内软弱面产生的整体滑动。
与崩塌相比滑坡通常以深层破坏形式出现,其滑动面往往深入坡体内部,甚至可以延伸到坡脚以下。
其滑动速度虽比崩塌缓慢,但是不同的滑坡滑动速度相差很大,这主要取决于滑动面本身的物理力学性质。
当滑动面通过塑性较强的岩土体时,其滑动速度一般比较缓慢;相反,当滑动面通过脆性岩石,且滑动面本身具有一定的抗剪强度,在构成滑面之前可承受较高的下滑力,那么一旦形成滑面即将下滑时,抗剪强度急剧下降,滑动往往是突发而迅速的。
滑坡根据滑动模式和滑动面的纵断面形态可以分为平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动以及复合形。
当滑动面倾向与边坡面倾向基本一致,并且存在走向与边坡垂直或接近垂直的切割面,滑动面的倾角小于坡角且大于其摩擦角时有可能发生平面滑动。
常用的边坡稳定性分析方法
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常用的边坡稳定性分析方法作者:刘磊皮漫屈洁来源:《中国新技术新产品》2016年第03期摘要:伴随着公路建设、桥梁建设、水利建设等现代常见的工程建设越来越注重工程质量,边坡稳定性成为衡量其工程质量的一个十分重要的标准对其的分析方法也日益丰富,准确性也不断提高。
关键词:边坡稳定性;不确定性方法;确定性方法中图分类号:TU413 文献标识码:A随着现代经济建设的发展,各种各样的工程建设领域都需要更多的考虑到其质量以及安全性,而边坡稳定性就是衡量工程质量的标准之一。
同时工程建设过程中的边坡稳定性还需要考虑到自然环境的影响。
下文就将以不确定性方法和确定性方法的分类方法对常用的几种边坡稳定性分析的方法进行阐述。
一、不确定性方法1 模糊分析法模糊分析方法是运用了模糊数学理论,通过收集、整理边坡的实际资料,对边坡的情况进行综合分析考量,建立各个参数信息之间的模糊关系,进而运用模糊综合的方法来判断、研究该边坡的稳定性。
虽然模糊分析法充分考虑了多种环境影响因素和多种影响变量,而且没有复杂的计算过程,但由于真实环境中的不确定因素以及环境的多变性,同时使用的是模糊数学的概念和理论,因此模糊分析法所得出的结果并不具有很高的可靠性。
根据这一特点,模糊分析法在工程建设的实际情况中更多的应用在对大型边坡的整体稳定性的判断。
2 灰色关联理论灰色关联理论的基础是边坡的已知数据和未知数据。
首先,将这些已知数据和未知数据看做是灰色量,将这些灰色量做无量纲化,使得这些数据具有同序性和等效性,以便后面的计算和分析;然后,用最小二乘法对已进行无量纲化的数据进行进一步处理,计算出数据之间的关联度,因为关联度的影响因素有很多,如参考序列、序列长度、分辨系数等,所以关联度的数值并不唯一,因此需要对关联度进行比较分析得出最适合的关联度数值;最后,分析已得到的数据建立边坡模型,对边坡的稳定性进行判断。
3 随机搜索耦合算法由于在计算边坡稳定性的过程中常常会考虑到环境和工程建设过程中多种多样的影响因素,因此通常会建立起来一个极其复杂的非线性的规划问题,求解的过程也是较为复杂繁琐。
边坡稳定性分析中摩根斯坦-普莱斯法与有限元强度折减法的差异比较
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边坡稳定性分析中摩根斯坦-普莱斯法与有限元强度折减法的差异比较摘要:通过建立非均质大坝坝坡模型,计算坝坡关键点的位移变化,用摩根斯坦方法计算边坡安全稳定系数。
计算结果表明:在非均质坝坡中强度折减法所计算的安全系数与摩根斯坦-普莱斯法计算的安全系数很接近,但滑裂面差异大。
关键词:边坡稳定;摩根斯坦-普莱斯法;有限元强度折减法;1、引言在边坡稳定性计算方法中,刚体极限平衡法中的摩根斯坦-普莱斯法(M-P)由于可用于任意滑动面,收敛性较好,在水利边坡工程中应用比较普遍;而强度折减法由于考虑了土体的变形影响,而且没有假设滑动面的形状和土条间的相互作用力,因而从理论上讲逻辑更严密,结果更可靠。
本文分别利用水利岩土行业常用软件GEO-SLOPE/W软件中的摩根斯坦-普莱斯法和Midas岩土软件里面的强度折减法对我区某心墙土石坝工程进行计算分析。
2、摩根斯坦法摩根斯坦法(M-P)由Morgenstern和Price创建于1965年的一种土坡稳定分析方法,该方法满足力矩平衡和力的平衡,可用于任意滑动面,条块间的法向力与剪切力的比值通常用半正弦函数、、削峰正弦、梯形等多种函数与一个待定比例系数的乘积表示[1]。
但由于此法在计算当中存在假设,首先此法假设土体条块是不变形刚体,其次是每块图条的安全系数相同,所以计算结果必然存在误差。
3、有限元强度折减法强度折减法就是把土体抗剪强度参数和用进行折减,然后用折减后的抗剪强度参数和取代原来的抗剪强度参数和,不断进行折减,直到程序不收敛为止。
对于摩尔-库伦材料模型其迭代表达式如下[2]。
而强度折减法由于考虑了土体的变形影响,而且不假设滑动面的形状和土条间的相互作用力,因而从理论上讲逻辑更严密,结果更可靠。
对于摩尔--库伦材料,强度折减安全系数可表示为:即公式 ( 1-1 )C为材料粘聚力,C’为折减后的粘聚力;为材料内摩擦角,’为材料折减后内摩擦角,折减系数为大于1的安全储备系数,然后不断调整的值,直到在某一个折减抗剪参数下土体达到临界破坏状态,则认为为稳定安全系数。
边坡稳定的极限平衡法
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极限平衡法在边坡工程设计中应用广泛,可以帮助工程师确定边坡的安 全系数和稳定性。
极限平衡法基本原理:通过计算土体的抗剪强度和滑动面的抗剪强度,判断边坡的稳 定性
计算参数:包括土体的内聚力、内摩擦角、黏聚力、黏聚力等
计算方法:采用极限平衡法计算公式,如瑞典圆弧法、毕肖普法等
边界元法:适用于非 连续介质问题,求解 速度快,但需要大量 的计算
极限平衡法与边界元法 的比较:极限平衡法适 用于连续介质问题,而 边界元法适用于非连续 介质问题,两者在求解 速度上都有优势,但都 需要大量的计算。
边坡稳定的极限平 衡法的发展趋势和 未来展望
极限平衡法在 边坡稳定分析 中的应用越来
性的弹性体
计算原理:通 过求解土体的 应力、应变和 位移方程,得 到边坡的稳定
安全系数
应用范围:适 用于各种土质 边坡,特别是 那些受水、温 度等因素影响
的边坡
Байду номын сангаас
基本假设:土体为连续、均匀、各向同性的弹性体
计算方法:通过求解土体的静力平衡方程,得到土体的应力状态和变形状态
适用范围:适用于土体变形较小、应力状态较简单的情况 优点:计算简单、易于理解,能够快速得到土体的应力状态和变形状态
越广泛
极限平衡法的 计算方法和软 件不断改进和
完善
极限平衡法与 其他分析方法 相结合,提高 边坡稳定分析 的准确性和可
靠性
极限平衡法在 边坡稳定预警 和防治中的应
用前景广阔
技术进步:随着科技 的发展,极限平衡法 的计算方法和技术将 不断完善和改进。
应用领域拓展:极限平 衡法将在更多领域得到 应用,如地质灾害防治、 土木工程、环境工程等。
两种边坡稳定性分析方法优缺点的探讨
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两种边坡稳定性分析方法优缺点的探讨边坡稳定性分析在工程实践中具有非常重要的作用,是确保工程安全和稳定运行的关键。
现有的边坡稳定性分析方法主要包括经验公式法和数值模拟法两种方法。
本文将从这两种方法的优缺点以及实际的应用情况入手,对它们进行探讨。
一、经验公式法分析经验公式法是在数学模型基础上,根据经验公式和理论知识,通过区域地质学、土质力学以及地震学等学科的基础数据,预估边坡的稳定性的方法。
该方法的优点是计算速度较快,无需太多样本数据,可以从实际历史数据中快速选取适用的公式,针对现场实际情况做出合理预估。
但其缺点也很明显,主要表现在以下几个方面:1.理论基础薄弱这种方法是建立在相关领域的经验和理论知识的基础上,而这些理论知识的可靠性和适用性,需要具备一定的科学性和实践验证。
虽然当前经验公式在工程实践中很有效,但随着科学技术的发展和实践的不断积累,必然会暴露出其理论上的不足。
2.适用性较窄由于采用的是经验公式,所以其适用范围受限,只适用于某些特定情况下的边坡稳定问题。
一旦涉及到更复杂、不同类型的地质和土质条件,就难以准确预测和分析,往往需要其他辅助手段的支持。
3.精度难以保证由于该方法采用的是统计学及理论研究的方法,无法完全精准地预测和分析所有情况。
虽然可以得出有用的信息,但其精度和准确性仍需进一步提高。
二、数值模拟法分析数值模拟法是将数学模型与计算技术相结合,通过分析物理过程和数学模型,定量评估边坡稳定性的方法。
该方法的优点主要表现在以下几个方面:1.适用性广泛采用数值模拟法可以应对各种类型、复杂度的边坡稳定问题。
如在不同的地质和土质条件下,都可以通过调整模型参数和输入数据,进行分析和预测,提高预测准确率。
2.精度高针对边坡稳定性分析,数值模拟法可以直接求解稳定性方程,具有精度高的优势。
同样的分析数据,在采用数值模拟法和经验公式法的结果比较后,前者的预测精度和准确性都要高出很多。
3.可以辅助决策基于数值模拟所得到的分析结果,可以帮助工程师进行决策,如合理确定保护措施,进一步改善边坡稳定状况,减少不必要的损失。
边坡稳定性评价方法综述
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边坡稳定性评价方法综述摘要:随着岩土工程技术的进步,涌现了许多新的边坡稳定性分析方法,本文梳理了常见的边坡稳定性分析方法,分析与归纳各类评价方法的优缺点与适用条件,为合理选择边坡稳定性评价方法提供借鉴。
关键词:边坡稳定性,评价方法1引言随着人类工程活动对工程地质条件改造的日趋频繁和范围的不断扩展,在露天矿开采、水利水电、陆地交通和城市开发建设等方面都出现了大量的边坡工程。
边坡稳定性问题一直是岩土工程的一个重要研究内容,而边坡稳定性评价结果的正确与否直接关系到边坡工程的成败。
本文在分析总结近年来边坡稳定性评价方法的基础上,对边坡稳定性评价方法进行分类,旨在为合理选择边坡稳定性评价方法提供借鉴。
2边坡稳定性评价方法分类边坡稳定性评价应分析边坡的变形破坏模式,确定不同评价方法的适用范围与条件,才能对边坡工程的设计与施工恰当地选用评价方法提供指导意义。
传统的边坡稳定性评价方法分为两大类:定性评价方法与定量评价方法。
3定性评价方法工程地质定性分析法是边坡稳定性评价中起源最早,主要用于工程早期确定方案时的一种定性评价方法。
工程地质定性分析法以岩土工程勘察资料为基础,分析边坡岩土体的地质成因,筛选出影响边坡稳定性的主要因素,建立边坡工程地质模型,推测其可能的变形破坏模式,定性评价稳定性及其演变趋势。
对于地质条件相对简单的岩土质边坡,该法可直接得出可供工程设计和施工使用的结论;对于地质条件相对复杂的情形,该法在确定滑坡模式和变形机制方面具有明显优势,可为进一步定量计算边坡稳定性奠定基础。
定性评价方法中最常用的为工程地质类比法和边坡稳定性图解法。
3.1工程地质类比法工程地质类比法属于定性分析,其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。
该方法主要通过岩土工程勘察,首先对工程地质条件进行分析。
如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查、分类,对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究,了解其成因、影响因素、发展规律等;并分析研究工程地质因素的相似性和差异性;然后结合所要研究的边坡进行对比,得出稳定性分析和评价结果。
高速公路高填深挖路基边坡稳定性分析
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高速公路高填深挖路基边坡稳定性分析发布时间:2022-11-11T08:32:05.981Z 来源:《新型城镇化》2022年21期作者:马科黄攀[导读] 进行边坡加固施工方案设计前,设计人员应对边坡稳定性进行全面分析,本文使用软件进行参数及模型计算,并且在加固后对边坡稳定性参数进行对比,对边坡加固的效果进行验证。
高速公路建设中边坡容易受到水、风、地震等因素的影响,加固技术选择及实际施工的质控工作要求较高,边坡稳定性分析可为加固施工提供依据,为加固技术方案的落实提供验证资料,以期为相似工程建设提供有效参考。
马科黄攀湖北省城建设计院股份有限公司湖北武汉 430051摘要:进行边坡加固施工方案设计前,设计人员应对边坡稳定性进行全面分析,本文使用软件进行参数及模型计算,并且在加固后对边坡稳定性参数进行对比,对边坡加固的效果进行验证。
高速公路建设中边坡容易受到水、风、地震等因素的影响,加固技术选择及实际施工的质控工作要求较高,边坡稳定性分析可为加固施工提供依据,为加固技术方案的落实提供验证资料,以期为相似工程建设提供有效参考。
关键词:高速公路;高填深挖;路基边坡;稳定性分析1高填深挖路基边坡破坏形式分析高速公路高填深挖路基边坡的稳定性与很多因素有关,可以分为外部因素和内部因素两大类。
外部因素主要包括外界工程荷载、风化、气候、地震及人为扰动等,而内部因素包括土体岩性、地质条件、水质类型以及边坡外部特征等,内部因素是决定边坡稳定性最主要的因素。
根据以往的工程经验和现有的研究成果,高速公路高填和深挖边坡一般较陡且施工规模较大,容易发生沉降变形且变形量一般较大,由此引起的边坡破坏形式也比较多,常见的有崩塌、滑坡以及整体倾倒等。
根据滑坡不同的坡面破坏形式,可分为圆弧形滑坡、平面滑坡、楔形滑坡以及坍塌等。
为了保证高填深挖路基边坡的稳定性,要求施工企业在施工前做好相关的专项施工和监测方案,施工过程中科学地采用边坡加固措施,并实时分析监测到的相关数据。
土石坝边坡稳定分析与计算方法
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土石坝边坡稳定分析与计算方法土石坝作为常见的水利工程构筑物,在防洪、供水、发电等方面发挥着重要的作用。
土石坝边坡稳定性是影响其安全运行的关键因素之一,因此边坡稳定性分析与计算方法十分重要。
本文将介绍土石坝边坡稳定性分析与计算方法的基本理论和应用技术。
一、土石坝边坡稳定性基本理论土石坝边坡稳定性分析的基本理论包括弹性地基理论、破坏力学理论、岩土力学和数值计算方法等。
1.弹性地基理论弹性地基理论是建立在弹性力学基础上的一种土体稳定性分析方法。
其核心思想是将土体与石坝看成一体,在一定的约束条件下,求解土坝体系和地基的弹性应力和应变分布,评估土石坝边坡的稳定性。
这种方法适用于土石坝边坡倾角较小、地基水平变形和竖向应力分布较均匀的情况。
2.破坏力学理论破坏力学理论是通过破裂力学和变形理论相结合的方法,对土石坝边坡的稳定性进行分析。
其核心思想是土体在受力作用下,随着剪切应力和水平应力的增加,会发生变形和破裂,并使边坡处于不稳定状态。
通过破坏力学理论,可以预测土石坝边坡的破坏形式,如滑坡、倾斜、涌浅等。
3.岩土力学岩土力学是土石坝边坡稳定性分析的重要理论基础,它研究土、岩体在地下工程中受力、应力、变形、破坏和稳定性等问题。
其核心思想是通过分析土石坝边坡的岩土力学性质,如强度、压缩模量、剪切模量、抗裂性、渗透性等,预测边坡在不同条件下的稳定性。
4.数值计算方法数值计算方法是通过数学和计算机技术,对复杂的土石坝边坡稳定性问题进行求解的方法。
其核心思想是将边坡分割成若干个小单元,通过模拟不同荷载条件下的应力和变形情况,预测边坡在不同条件下的稳定性。
常用的数值计算方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
二、土石坝边坡稳定性计算方法1.经验法经验法是一种基于工程经验、检验和修改的方法。
这种方法一般适用于经验较丰富、边坡较小且地质条件比较安全的情况。
其中常用的经验法有刘安钦法、耐均匀法等。
2.解析方法解析方法是通过对已知物理或参考问题进行分析,求解所需要的未知物理的方法。
边坡稳定分析中极限平衡法与强度折减法比较研究(Ⅱ)
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A src :I n lzs h s bly f G oi ig ih lp at xa a o n b fr rtci b ta t t aye te t it a a i o aj pn hg s e f r e cvt n a d eoe o t n a o e i p e o
化花 岗斑 岩 ,属于 浅埋 隧道 ,为 了平 衡土 石方 .决
l 高 边坡 稳定 性分 析
11 边 坡 稳 定 的 极 限 平 衡 法 分 析 .
v a oh h l t q ii ru i b t t e i e u lb i m meh d n sr n t r du to me h d f i ie l me t t e p o o e mi t o a d te gh e c in t o o fn t e e n h n r p ss
K e wo ds lm i e ii rum m eho y r : i t qu lb i t d; sr n t r du t n te g h e ci m e h d; hih so e f i h y; r t i i g o to g l p o h g wa ea n n
为 论 证 《 坡 稳 定分 析 中极 限平 衡 法 与 强度 折 边 减 法 比较 研究 (I) 的结 果 ,本 文运 用 两 种 方法 对 》 某公 路 高边坡 的稳 定性 进行 了分析 ,并采 取 了相 应 的防护措 施 。
湖 南 某 高 速公 路 隧 道 永 州方 向 约2 0 3 m为 全 风
D :1 . 6 ̄i n10 — 7 62 1 . . 8 oI 03 9 .s . 2 4 8 . h 0 8 s 0 013 0
Co pa io o Li i Equ lbru M e ho wih m rs n f m t ii i m t d t St e t r ng h
岩石边坡工程之二-边坡稳定分析与评价

ci li N i tg i
Fs
条件有 (1)
Pi hi hi Hi
i
Hi+1
Pi+1
hi+1
Oi
Ti
i Wi
Ni
i Wi
Nii
Hi=Hi+1-Hi
Pi=Pi+1-Pi
将(2代 ) 入(1并 ) 整理得
根据静力平衡条件
Fzi 0,则 N i cos i Wi H i Ti sin i
2.求解方法:
由于不考虑条块间的用作力,条
块i仅受Wi、Ti、Ni的作用。
根据径向力的平衡条件Fxi 0
有 Ni Wi cosi
(1)
根据径向力的平F衡 xi 条 0,有 件
Ni Wi cosi
(1)
根据滑弧面上极限平衡 条件有
抗剪强度 Ti 安全系数
T fi ci li N i tg i
A
3)条块-2侧面切向力Hi、Hi+1
b
a
Hi+1
Wi
Pi+1
Pi
hi Hi c Ti
hi+1 d
Ni
4)土条底部的法向力Ni、切向力Ti, 条块弧 段长为li
O
R
4. 土条i平衡方程:
bB
C 7
6
5
4
3
力的平A 衡方-1程O: 1 2
Fxi Fzi
0 0
-2
Mi 0
b
a
Hi+1
Wi
Pi+1
Pi
Fs
Fs
ci li Wi cos i tg i
(2)
Fs
根据整体力矩平衡条件 ,外力对圆心的力矩 M i 0,法向
基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析

基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析1. 引言1.1 研究背景边坡稳定性问题一直是土木工程领域中的热点难题,其解决既关系到人们的生命财产安全,也直接影响工程的质量和成本。
随着我国城市化进程的加快,大量的基础工程、水利工程、交通工程等都需要进行边坡设计与分析,而边坡稳定性是这些工程的关键问题之一。
当前,边坡稳定性分析方法主要有两种,即基于极限平衡法和基于有限元法。
极限平衡法是一种较为经典的边坡稳定性分析方法,它通过假设边坡体处于平衡状态,根据静力平衡和强度准则来评估边坡的稳定性。
而有限元法是一种基于数值模拟的方法,可以更为准确地考虑边坡体内部的应力和变形情况,但也需要较为复杂的计算和较高的计算资源。
本文将结合极限平衡法和有限元法,对边坡的稳定性进行综合分析。
通过比较两种方法的优缺点,确定在实际工程中的适用范围和条件,为工程设计提供科学依据。
本文还将通过案例分析和结果讨论,验证该方法的有效性,并对未来的研究方向做出展望。
1.2 研究意义边坡稳定性分析是岩土工程领域的重要研究课题,具有重要的理论和实践意义。
边坡稳定性分析可以帮助工程师评估和预测边坡的稳定性,有效地指导工程建设和维护工作。
在城市建设和交通基础设施建设中,边坡稳定性是保障工程安全的关键因素之一。
研究边坡稳定性不仅可以有效预防边坡滑坡和坍塌等灾害事故的发生,还可以提高工程的可靠性和持续性。
基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析,可以综合利用两种方法的优势,更加准确地评估和预测边坡的稳定性。
极限平衡法能够较为简便地确定边坡的稳定系数,而有限元法则可以更加精细地分析边坡的应力和变形特性。
结合两种方法,可以在较短的时间内得到较为可靠的边坡稳定性分析结果,为工程设计和施工提供重要参考。
对于边坡稳定性综合分析的研究具有重要的实际意义,将为岩土工程领域的发展和工程实践提供有力支持。
【研究意义】.1.3 国内外研究现状在边坡稳定性分析领域,国内外学者们进行了大量的研究工作,取得了一系列成果。
边坡稳定性评价基本原理及其优缺点
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边坡稳定性评价基本原理及其优缺点张恒(北方工业大学建筑工程学院.北京 100041)摘要:综述了目前边坡稳定性分析的常用方法,将边坡稳定性分析方法分为定性分析方法和定量分析方法,并对各种方法的基本原理、特点、优缺点及其适用范围进行了阐述。
关键词:边坡稳定性;定性分析;定量分析边坡工程的稳定性分析历来是工程界和学术界极为关注的研究课题,而边坡稳定性分析和评价一直是边坡工程的核心问题。
它涉及到水利水电工程、铁道工程、公路工程、矿山工程等诸多工程领域,能否正确评价其稳定性常常是此类工程成败的关键,也是确保工程安全和降低建设费用的重要环节,更是确保人民生命财产安全的关键环节。
边坡稳定性分析方法很多,大致可以分为两大类:定性分析方法和定量分析方法,其中定量分析方法又分为确定性分析方法和不确定性分析方法。
本文简要分析了目前常用的边坡稳定性分析方法的基本原理、特点、优缺点及其适用范围,为同行选择适合的边坡稳定性分析方法提供一定的借鉴。
1 定性分析方法定性分析方法[1]主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析,对已变形地质体的成因及其演化史进行分析,从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性的说明和解释。
其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素,快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。
缺点是没有在具体的数值上进行分析,对实际工程意义不大。
定性分析方法主要包括:自然(成因)历史分析法、图解法、边坡稳定性分析数据库和专家系统等。
自然(成因)历史分析法主要根据边坡发育的地质环境、边坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析,追溯边坡演变的全过程,对边坡稳定性的总体状况、趋势和区域性特征作出评价和预测,对已发生滑坡的边坡,判断其能否复活或转化。
它主要用于天然斜坡的稳定性评价。
图解法可以分为诺模图法和投影图法。
诺模图法是用诺模图来表征与滑坡有关参数间的关系,并由此求出边坡稳定安全系数,主要用于土质或全强风化的具弧形破坏面的边坡稳定性分析。
基坑开挖边坡稳定性分析方法的比较研究
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基坑放坡开挖在市政工程施工中是一种常用的、经济性较好的施工方法,所设计的边坡断面是否安全合理必须借助边坡稳定性分析来评价。
边坡稳定性分析常采用极限平衡的方法,通过分析土体在破坏那一刻的力的平衡来求得问题的解。
在极限平衡法理论体系形成过程中,出现过一系列简化计算方法,诸如瑞典法、毕肖普简化法等[1]。
本文介绍了瑞典条分法、毕肖普简化法的原理,结合某基坑开挖边坡稳定性分析,论证两种方法之间的关系。
1常用边坡稳定性分析方法[2]1.1瑞典条分法瑞典条分法亦称费伦纽斯条分法,假设土体为刚体且滑动面为圆弧形,将滑动土体分成许多竖向土条。
由于土条受力平衡为静不定问题,故瑞典条分法不考虑土条两侧的作用力,根据力矩平衡条件可得土体的稳定安全系数K为:K=R∑ni=1(W i cosαi tgφi+c i l i)R∑n i=1W i sinαi(1)式中:W i—土条i的重力(kN);αi—土条i滑动面的法线(亦即半径)与竖直线的夹角;c i、φi—滑动面上的粘聚力及内摩擦角;l i—土条i滑动面的弧长;n—土条分条数。
式(1)是对于某一个假定滑动面求得的稳定安全系数,故需要试算许多个可能的滑动面,相应于最小安全系数的滑动面即为最危险滑动面,可以利用费伦纽斯或泰勒的经验方法,确定最危险滑动面圆心位置。
1.2毕肖普简化法在工程实践中,为了改进条分法的计算精度,毕肖普(A.W.Bishop,1955)提出的简化方法考虑了土条间的作用力,以求得比较合理的结果。
毕肖普在求解时补充了两个假设条件:忽略土条间竖向剪切力作用;对滑动面上的切向力[收稿日期]2019⁃12⁃12[作者简介]曹裕荣,男(1982-),南通城欣市政工程有限公司,工程师。
基坑开挖边坡稳定性分析方法的比较研究曹裕荣(南通城欣市政工程有限公司,江苏南通226000)[摘要]常用的边坡稳定性分析方法是瑞典条分法和毕肖普简化法,结合某基坑开挖边坡稳定性分析,对比论证2种方法之间的关系。
求解边坡稳定安全系数两种方法的比较

求解边坡稳定安全系数两种方法的比较摘要:目前,边坡稳定性分析主要有刚体极限平衡法和有限元强度折减法,本文就理论基础、安全系数的定义及优缺点对以上两种方法进行了简要评述。
基于极限平衡法的发展起来的各种方法物理意义简单,便于计算,但是需要许多假设。
有限元强度折减法不需要假设,可以直接搜索临界滑动面并求出相应的安全系数,同时考虑了岩土体的弹塑性和边坡的破坏失稳过程。
通过对两种方法的认识比较,给岩土边坡工作者设计施工提供一定的参考价值。
关键词:边坡稳定性;极限平衡法;有限元法;安全系数引言边坡稳定分析是一个非常复杂的问题,从20世纪50年代以来,许多专家学者致力于这一研究,因此边坡稳定分析的内容十分丰富。
总体上来说,边坡稳定分析方法可分为两大类:定性分析方法和定量分析方法。
定性分析方法主要是通过工程地质勘探,可以综合考虑影响边坡稳定性的多种因素,对边坡岩土体的性质及演化史、影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析,从而给出边坡稳定性评价的定性说明和解释。
然而,人们更关心的是如何定量表示边坡的稳定性,即边坡稳定性分析的计算方法,定量方法将影响边坡稳定的各种因素都作为确定的量来考虑,通常以计算稳定安全系数为基础。
边坡稳定分析的定量方法有很多种,如条分法、数值分析方法、可靠度方法和模糊数学方法等[1-3]。
目前,边坡稳定分析方法中,人们较为熟知且广泛应用的有条分法和有限元方法。
条分法在边坡稳定分析中最早使用,因其力学模型概念清楚、简单实用,故广泛应用于实际工程中,已经逐渐成为边坡稳定分析的成熟方法。
随着计算机技术的发展,数值分析方法在工程领域应用越来越成熟,有限元方法考虑了土体的非线性应力-应变关系,同时弥补了条分法的不足,近年来有限元方法得到了极大的发展。
[4-6]刚体极限平衡法刚体极限平衡法是人们提出的最早的一类方法,是边坡分析的经典方法,只需要少许力学参数就能提供便于设计应用的稳定性指标即安全系数。
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第10卷 第10期 中 国 水 运 Vol.10 No.10 2010年 10月 China Water Transport October 2010收稿日期:2010-06-11作者简介:马玉岩(1987-),男,黑龙江绥化人,武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室水利水电工程施工与管理专业硕士研究生,主要研究方向为岩土边坡工程研究以及结构设计。
两种边坡稳定性分析方法比较研究马玉岩(武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072)摘 要:以某水电工程岩质高边坡做为实例,将强度折减理论与FLAC3D 软件相结合,通过有限差分程序FLAC3D 软件来模拟分析其稳定性。
并与极限平衡方法的分析结果对比,探索两种方法的差异性与结果的可靠性,为确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法提出了有益的参考。
关键词:强度折减法;极限平衡法;边坡稳定性中图分类号:P642.1 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2010)10-0197-03一、引言目前,国内在建和待建的大型水电工程大多坐落在西南、西北高山峡谷地区。
我国的水电建设面临着一系列高边坡稳定问题。
在现代岩土工程和科学技术的新成就的支持下,确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法,是摆在水利水电工程技术人员面前的任务[1]。
目前工程实践中岩质边坡稳定性定量分析主要有三种方法:解析法(最常用的是极限平衡法)、数值方法和概率法。
极限平衡法是最常用的解析法,它是在边坡滑动面确定的情况下,根据滑裂面上抗滑力和滑动力比值直接计算安全系数,此外,关键块理论也属于这样的确定性分析方法。
数值方法则是借助计算机进行数值分析(例如有限元、快速拉格朗日分析法、离散元、块体元和DDA 等)从而确定边坡的位移场和应力场,再用超载法、强度折减法等使边坡处于极限状态,从而间接得到安全系数。
这种方法同时可以考虑位移协调条件和岩体本构关系等。
概率法是将概率统计理论被引用到边坡岩体的稳定性分析中来,它通过现场调查,以获得影响边坡稳性影响因素的多个样本,然后进行统计分析,求出它们各自的概率分布及其特征参数,再利用某种可靠性分析方法,来求解边坡岩体的破坏概率即可靠度[2]。
文中选用某水电工程岩质高边坡做为实例,采用强度折减法和极限平衡法对岩质高边坡的稳定性进行对比分析。
二、边坡工程地质条件模型宽约为700m,高约为700m。
基岩以中粒结构的灰白色、微红色黑云二长花岗岩为主,并有辉绿岩脉(β)、花岗细晶岩脉、闪长岩脉等各类脉岩穿插发育于花岗岩中,尤以辉绿岩脉分布较多。
建模过程中考虑了岩体中对边坡稳定影响较大的几个岩脉。
根据岩体风化特点,岸坡岩体由表向内可划分为全风化带、强风化带、弱风化带、微风化—新鲜岩体。
岩体风化的水平、垂直分带性明显。
边坡内无地下水分布。
边坡剖面如图1所示。
图1 边坡剖面三、强度折减法强度折减系数法的基本原理是将坡体强度参数凝聚力c 和内摩擦角f 值同时除以一个安全系数K,得到一组新的c k 、f k 值,然后作为新的资料参数输入,再进行试算,当计算不收敛时,对应的K 被称为坡体的最小稳定安全系数,此时坡体达到极限状态,发生剪切破坏,同时可得到坡体的破坏滑动面。
FLAC3D (Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc 开发的三维快速拉格朗日分析程序。
该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳。
文中利用FLAC3D,采用“二分法”[3]实现强度折减法,求解安全系数。
所建计算模型节点为29,646个,单元为24,005个。
模型的边界条件:模型四周法向约束,底部固定约束,顶部自由,仅受重力作用。
研究表明,随着剪胀角的增大,安全系数也逐渐增大[4]。
不过,Vermeer 和de Borst(1984年)研究证明,一般土体、岩石和混凝土的剪胀角要比它们的摩擦角小得多,且通常在0°~20°内变化[5]。
因此,剪胀角对强度折减法计算结果的影响是有一定范围的。
文中在分析过程中选用Mohr-Coulomb本构模型,采用非关联流动法则(剪胀角ψ=0)求解,并使用剪胀角ψ=20°的情况加以校核。
计算模型所需的材料参数如表1所示,岩脉选用全风化带参数。
表1 岩体物理力学参数指标内容 变形模量/GPa泊松比干密度/kg/m³内聚力c/MPa内摩擦角f/°抗压强度/MPa抗拉强度/MPaII 20.0 0.25 2650 2.00 52 30.0 1.80 III 6.0 0.30 2620 1.00 45 20.0 1.20 IV 2.0 0.35 2580 0.70 39 12.0 0.60 V 0.3 0.36 2450 0.25 29 2.0 0.15对模型进行计算,当数值计算达稳定后,可获得剪切应变增量云图,如图2所示。
图2 折减系数为1.227时的剪切应变增量云图实践经验表明,边坡的稳定和它自身的剪切变形有着极为密切的关系。
通常情况下,可通过观察数值计算成果中坡体的剪切变形来大致确定边坡内潜在的不稳定面。
在本实例中,通过分析剪切应变增量云图,可以确定出坡体最可能的剪出位置为全风化带与强风化带的交界面。
用强度折减法计算边坡的安全系数,得到Fos=1.227。
取四种材料剪胀角ψ=20°时,得到Fos=1.320。
与ψ=0时结果相差7%,故Fos=1.227的结果可以接受。
四、极限平衡法极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法,是在已知滑动面上对边坡进行力学平衡计算,从而求出边坡稳定安全系数。
自瑞典的彼德森于1916年提出了最早的条分法后,经众多学者的发展,陆续出现了毕肖普法(Bishop)、简布法(Janbu)、斯宾塞法、摩根斯坦-普赖斯法(Morgensterm- Price)、Sarma法、不平衡推力传递法等。
上述方法都能满足力和力矩平衡、摩尔-库仑破坏准则和应力边界条件,但不能考虑岩土体本身的应力应变关系,因此这些方法所求出的安全系数只是假定滑动面上的平均安全度[6]。
本文基于极限平衡理论,利用程序自动搜索潜在不稳定面对实例边坡进行稳定性分析,计算所需的容重和抗剪强度等指标仍然选用表1中相关的数据。
坡体潜在的不稳定滑面如图3所示。
(a)瑞典圆弧法 (b)简化Bishop法(c)简化Janbu法 (d)严格Janbu法(e)Spencer法 (f)Morgensterm-Price法图3 极限平衡法计算所得坡体潜在滑体 各种方法所得安全系数,如表2所示。
表2 各种方法所得安全系数比较计算方法 安全系数瑞典圆弧法 1.249简化Bishop法 1.270简化Janbu法 1.242严格Janbu法 1.287Spencer法 1.268Morgensterm-Price法 1.267平均值 1.264根据对计算结果的统计分析,坡体可能发生剪出的位置为全风化带与强风化带的交界面。
其安全系数介于1.242~1.287,均值为1.264。
五、计算结果分析(1)强度折减法、极限平衡法的计算结果基本一致,两种方法相互验证,说明稳定分析成果是可靠的,但用FLAC3D计算出来的安全系数值均比用极限平衡法计算出的安全系数值略小。
这与采用非关联流动法则(剪胀角ψ=0)有关,在工程上应引起重视。
(2)应用强度折减法进行边坡稳定性分析需要成熟可靠和功能强大的软件,在计算范围、边界条件、网格划分等方面要满足计算精度要求,还要有可供实用的岩土材料本构模型和强度准则。
(3)根据试验结果输入合理的剪胀角可以保证强度折减法求解结果的精确性,但采用非关联流动法则(剪胀角ψ=0)求解,对安全系数影响不大,且所得结果偏保守,有利于保证工程的安全性。
(下转第214页)面3m左右以同一行进速度进行振动碾压。
⑥ 路肩处治:为避免基层两侧砾石遭到无侧限挤压而坍塌,摊铺前最好按松铺厚度培填好土路肩,也可采用有一定的侧向抗弯强度的路缘石,路缘石应埋置在基层底面以下。
⑦ 施工后的过程养护:基层施工完毕后,可铺撒一层掺有少量水泥的中粗砂,用扫帚扫匀,这样会使表面即坚硬又紧密平整。
四、路基补强问题农村公路砂改油工程基本上是在原砂石路基础上进行的,如果砂石路路基承载力较弱,会直接影响基层的整体强度。
因此,在砂改油之前,应对砂路全线进行一次弯沉值检测,如不符合设计要求就要彻底进行补强,那种“路基不强基层补,基层不强油面补”的认识和作法是错误的。
路基补强可用增加一个天然砂砾或填隙碎石结构底基层的方法进行。
五、排水问题要保证路基经常处于干燥、坚固和稳定状态,就必须设置合理的排水系统。
如何防治水害,这是砂改油工程施工首先应予考虑和解决的技术问题。
(1)地表排水:兵团公路路线两侧多为荒地、农田、绿化林床等,灌溉渠系较多,坡沟纵横,雨水汇流集中,径流量和流速大,应尽可能在天然沟槽低洼处或灌溉渠处设置涵洞,涵洞布置位置和过水截面尺寸都必须满足地表水的最大径流量的顺利排放。
边沟型式、断面尺寸以及纵坡大小的选择也应满足地表水在公路路基两侧不滞留,对路基、路面和构造物不造成冲刷和破坏,保证排水设施的稳定和安全使用。
引水沟渠设置应尽可能适应天然水流状态,这样能节省工程投资,取得事半功倍的效果。
水流通过陡坡地段时应设置跌水和急流槽。
防止水流对路基的冲刷。
(2)地下排水:地下水主要来源于:① 从地面渗入尚未达下层的上层滞水;② 在地下经常性的潜水;③ 沿岩层裂隙流动的裂隙水;④ 在裂隙破碎沉积岩中静止的层间裂隙水。
垭口岩基地段油路容易遭到破坏,必须设置地下排水设施暗管、渗沟(或称暗沟、盲沟)渗水井等。
在农村公路施工中,以设置盲沟最简单实用。
(3)施工排水:施工时地表水可采取临时性导流的方法将水引开,使之不影响施工为原则。
对施工需大量洒水的排水必须在基层底面以下设置排水盲沟,不能让施工用水滞留在基层中,使下渗的水彻底排出路基以外。
六、热拌沥青混合料面层施工问题现在常采用的面层结构为热拌沥青混合料,用机械拌和、机械摊铺,这种面层结构和施工工艺能较好的控制油石比、厚度、密实度和平整度,且无需返油和成型期,施工期可延长到十月底。
热拌沥青混合料面层施工应着重注意以下环节:① 下封层施工:无论哪种基层结构在洒封层油之前必须对路面进行彻底清扫,清扫前必须洒水,否则无法将路面浮土灰尘清扫干净,甚至越扫灰尘越多。
必须在洒油前20~30min洒水湿润路面,但路面不能有明水。
这时洒油其沥青覆盖的均匀度和与基层集料的粘着力最好。
下封层厚度1cm比较合适。