公路路基地基承载特性及破坏模式

公路路基地基承载特性及破坏模式

李琼阳

浙江省交通规划设计研究院杭州310006

摘要：随着我国经济的不断发展，公路的建设也取得了很大的进步，公路作为经济发展的重要载体，它承载的不仅是经济的发展，更是人民的生命安全。公路的安全在很大程度上依赖地基，所以文章研究地基的承载特性，分析地基的破坏模式，对于地基安全度的提高和优化有着重要的意义。

关键词：公路地基；承载性；破坏模式；优化办法

引言：随着经济的高速发展，公路的修建也与日俱增。公路的安全性是公路发展过程中的一个重大问题，而公路的安全性则主要依赖地基的稳固性。目前在地基的承载特性和破坏模式方面的研究还尚不成熟，为文章的研究提供了广阔的空间。文章在研究公路路基地基的承载特性和破坏模式的基础上，提出了优化公路路基地基的具体方法。

一、路基地基承载的主要形态

公路路基地基承载力问题在当前已经成为土体稳定问题的一项重要研究课题,同时也是相关人员必须重视的一个问题。而对公路路基地基的承载特性以及破坏模式我们也在做进一步的研究,它有着重要的应用价值。在进行分析对比中我们发现了一个主要特性,当不考虑土体自重时,它的刚性以及柔性特点会成为地基的承载特性,同时也对刚性以及柔性的浅基础的荷载性质和它的滑动面都存在一定的区别,这种结论的得出主要针对地基的条形荷载,而填土路基的荷载一般是以梯形分布的。从另一方面我们也可以看出,在公路路基的底部一般是以柔性为主,以梯形作为分布的荷载,但是当与软土地基进行相结合时,就是加固它的强度,同时也会得到一定的提高,由此我们所得出的相应公式也得到了进一步的证明,并且可以应用在软土地基当中,其破坏的模式是相似于刚性地基上的。经过实践证明,我们发现,地基的刚性基础和它的破坏模式是存在一定差异的。对此,我们进一步做了相关的模型试验,对它们的刚性与柔性基础做了承载力的对比,并发现柔性地基的基底是较为粗糙的,而刚性地基可以很好地发挥出承载力的作用,也就是说,在室内的试验当中,是很难对路基地基造成破坏的。

二、公路路基地基的承载特性

（1）建造过程中的弹塑性：在公路路基的建造过程中进行弹塑性的计算，能

够最大限度的保证路基地基的稳定性。公路路基地基弹塑性的计算方法主要采用有限元分析法。这是一种以土体的本构模型为基础的分析方法，在进行计算的过程中运用了Mohr—Coulomb（M-C）屈准原则。通过这种分析方法产生的结果能够对岩土材料的特征进行客观反映，计算结果相对准确，能够最大限度的保证公路路基地基在理论上的稳定性。

（2）使用过程中的硬性和刚性：公路路基的硬性和刚性指的是在公路经过一段使用时间之后，公路路基地基就会硬化，此时通过一定的方式方法对公路路基地基的硬度和刚度进行测量，能够有效的推算出公路路基地基可能出现破坏的时间段。公路路基地基的测量是在平面测量的基础上增加了一个对称性的分析，它的测量方法主要在前面测量方法运用的过程中，增加一个确定模型边界的过程。

（3）综合承载能力：公路路基地基的综合承载能力包括很多方面，最主要的有3个方面，分别是：公路路基地基最大承载力，公路路基地基最高摩擦限度；公路路基地基最大负荷运行时间。在分析公路路基地基综合承载能力的过程中要运用建立坐标系的方式来综合评定。

三、公路路基地基的破坏模式

公路路基地基的破坏受到很多因素的共同影响，下面对这些因素进行具体的分析。

（1）土体黏聚力：土体粘聚力影响着公路路基地基的粘性塑造，影响着地基的稳固性。土体的粘聚力受到土体内摩擦角和弹性模量的影响。当土体内摩擦角和弹性模量的数值稳定的时候，如果粘聚力越来越大，那么地基内部产生变形的区域的面积也会随着扩大，如果这时增加公路的负荷，那么公路路基地基的变形程度也会随之加大。首先产生变形的区域集中在公路路基地基的中间位置和坡脚附近，随着破坏程度的加大，破坏区域相连，最终地基被完全破坏。由此可见，地基的破坏不直接受粘聚力大小的影响，粘聚力影响的只是塑性区的状况。

（2）土体内摩擦角：土体内摩擦角指的是土的内摩擦力,包括土粒之间的表面摩擦力和由于土粒之间的连锁作用而产生的咬合力。公路路基地基的土体内摩擦角受到土体粘聚力和弹性模量的影响，当土里粘聚力和弹性模量的数值稳定的时候，内摩擦角越小，地基中间部位的塑形变形越大，并且形成的滑动面的贯通性越好。内摩擦角越大，路基地基坡脚部位的塑性变形越大，不能形成滑动面。由此可见，内摩擦角的变化不影响地基塑形位置的变化，受到直接影响的是塑性区的发展模式和地基的破坏模式。

（3）土体弹性模量：土体弹性模量就是指土体在无测限条件下瞬时压缩的应变模量。土体模量受到土体粘聚力和内摩擦角的影响。当弹性模量比较低的时候，地基产生破坏的时候塑性区只能延伸到坡脚附近，破坏模式也只是局部剪切破坏。当弹性模量变大时，塑性区面积延伸，地基呈现整体破坏模式。由此可见，弹性模量对地基塑性区的发展模式和地基的破坏模式都能够产生较大的影响。

（4）参数的不同组合：在土体黏聚力、土体内摩擦角和土体弹性模量的参数呈现不同组合的情况下，对于公路路基地基的破坏也会产生不同的影响。例如，当土体粘聚力的数值一定时，分析土体内摩擦角和弹性模量的相互作用对公路路基地基的破坏模式产生的影响。

四、破坏模式对比分析

通过上文可以得知公路的破坏模式可以分为3种情况：（1）是整体剪切破坏，（2）是局部剪切破坏，（3）是冲剪破坏。现在对3种破坏模式进行对比分析。

（1）整体剪切破坏：整体剪切破坏的发生区大多出现在公路路基地基的中间部位，然后随着负荷的增加延伸到坡脚或者坡脚外侧，当塑性区完全扩展到坡脚外侧的时候，表明刚性地基已经产生了整体剪切破坏。

（2）局部剪切破坏与冲剪破坏：局部剪切破坏和冲剪破坏的发生区域和整体剪破破坏一样，区别在于局部剪切破坏和冲剪破坏的范围没有扩展到地面。对于刚性地基来说，当产生局部剪切破坏或者冲剪破坏的时候，地基并没有完全被破坏，基础下面的地基尚且还有一部分处于弹性状态。

五、优化公路路基地基的方法

优化公路路基地基的方法在于引进先进的技术，目前采取的方法主要有两种：一种是碎石注浆技术，另一种是稀浆封层技术。

（1）碎石注浆技术：碎石注浆技术就是把破碎的石头和水泥胶进行混合，形成一种小型的浇灌桩。这种技术是近年来我国公路修建过程中使用比较多的一种新技术。这项技术的施工过程就是，首先利用钻孔机钻孔，在钻孔的底部放上碎石注浆桩，然后进行灌浆。这样灌浆方式不仅可以凝固碎石注浆桩，同时还可以扩散到周围的土层中，形成一个过渡带，增强公路路基地基的稳固性。

（2）稀释封层技术：稀释封层技术运用在公路路基地基建造完成之后，通过稀浆包裹在地基和沥青之间形成一个过渡，不仅能够使沥青和地基更加紧实，更能够弥补在地基建造过程中的缺陷，整体提升路基建造的质量。

结语：随着我国公路建设的不断发展，对公路路基地基承载特性和破坏模式的研究也越来越多，增强公路路基地基的承载性，解决公路路基地基的破坏问题，不仅能够增强地基建造的稳固性，延长公路的使用寿命，还能够在保证公路安全的基础上维护人民的生命和财产安全。

参考文献：

［1］马少坤,黄茂松,刘怡林.柔性和刚性浅基础的地基承载能力分析［J］.岩土力学，2008（12）:75-80.

［2］冷伍明,赵健,何群.路堤下软土地基承载力的计算研究［J］.土木工程学报，2005（4）:23-26.

［3］问延煦,周健,贾敏才.考虑封闭作用和应力扩散的软土地基临塑荷载［J］.岩土力学，2007（8）:44-48.