冻土地区块石护坡抗冰推稳定性分析

冻土地区块石护坡抗冰推稳定性分析 王永平 张举兵孙江岷 (())哈尔滨建筑大学 150008 黑龙江水利科学研究院 150080 【摘 要】 分析了冻土地区护坡结构物的工作状况和受力特点 ,并从冻土流变性的角度讨论了块 石等非整体性护坡的破坏机理 ,给出了块石护坡抗冰推稳定性的计算方法 。提出了相应的对策 。【关键词】 护坡 ;稳定 ;冰推力 ;应力松弛 ANAL YZING THE STABIL ITY OF SLOPE PROTECTION WITH BLOCK STONE FOR RESISTING ICE PUSH Wang Yung2ping Zhang J u2bing Sun Jiang2min Abstract :The working conditions of slope protections in cold regions ,together with their behavior under loads were analyzed. Based on the theory of relaxation and creep ,the constitutions of stability and the computation of slope protection built with block or other unmonolithic materials were proposed. Key words :Slope protections ; stability ; statically ice pressure creep ; stress relaxation 寒冷地区护坡结构物的常见形式有 :散粒体护坡 、,必须对冻土的特性道护坡抗滑稳定因素的构成机理 半松散护坡 、连续 性 护 坡 、现 浇 砼 板 护 坡 几 种 主 要 形 进行探讨 。冻土是颗粒间相互联结的四相体系 ,其成 ( 式 。冬季到来时 ,水面形成大面积连续的冰层 ,护坡结 份包括固体矿物颗粒 ,粘塑性冰包裹体 ,液相水 未冻 4 51 ) ( ) 水和强结合水和气态包裹体 水汽和空气 。冻构物也和冻深线以内的土出现不同程度的冻结。 土在外荷载作用下应力和应变都将随时间变化 ,任何当尾冬气温回升时 ,冰层的热膨胀由于受到护坡 结构的约束 ,从而产生对护坡的推力 。一般认为 ,推力 大小的荷载都将导致冻土中冰和间层冰的塑性流动 , 因而造成了冻土表现出流变体的明显特征 ,即具有应 的方向为水平方向 。可以通过在冰层中埋设压力盒等 5 力松弛和蠕变现象。这一特征是决定冻土强度性质 手段对冰压力值进行现场实测 ,从而在已知冰厚的条4 件下 ,得到护坡稳定性设计的主要控制参数 ———静冰 的最重要因素。正因为这一性质造成护坡正压力降 推力 。严格地讲 低 ,作用在护坡上的压力是一种动压力 。 ,从而 ,引发护坡砌块抗冰推稳定丧失 。 在一个循 环 内 , 冰 压 力 的 持 续 时 间 从 6 , 30 小 时 不 2 冻土的本构关系34 5 6,对于护坡的稳定性等静力学问题而言 ,冰压力可,冻土在长期持续荷载下仍等 试验研究表明 简化考虑为其均值 ,并假定沿厚度冰内应力均匀分布 。,根据这一特点 ,其本构关系可用 Bingham存在着强度 体模型予以表征 ,如图 1 。1 冻土的特性 由于护坡以下土是程度不同的冻土 ,所以要想知 ) ) ) (((,保功能复合型防冻剂 。能够提高砼拌合物的和易性 KCO。Ca NO+ 尿素 、Ca NO+ Ca NO+ 尿素 2 3 3 2 3 2 2 2 证砼最终的物理力学性能 ,并能使砼在数天内达到较 有较多的应用 。另外 ,甲醇 、乙二醇被认为是制造多功 ( ) 高的脱摸强度 70 %,80 % R的 防 冻 剂 认 为 是 最 好 28 能防冻剂的重要组分 。多功能防冻剂应能有效地提高 砼的耐久性 。 的 。俄罗斯砼及钢筋砼研究院研制成若干多功能防冻 ( 剂 ,它含 有 超 塑 化 剂 C - 3 、ПАЩ- 1 己 = 酸 盐 塑 化 收稿日期 : 1999206201 ) ) ) ((剂,无机电解质多以 Ca NO、Ca NO取代 NaNO、 2 2 3 2 2 上式所表示的应力 ———应变可表示于图 3 。 图 3 Bingham 体的应力松弛曲线 对于冻土而言 ,上式中各符号对应 : σ() ε式中 : t—坡底冻土在受到初始应变后 t 时刻的 0 应力值 ; 图 1 Bingham 体模型 σ —冻土的长期强度 ;f () σσε图中塑性元件当t?时 , = 0 E —冻土的瞬时弹性模量 ;f 3 εσ() σ t?时 , ?0f 3 —冻土的粘滞系数 ;t —时间 。K () σσ 在t>时 ,Bingham 体的本构方程为 :w f ( 可见 ,t ??时 ,冻土的应力衰减为其长期强度 假 σf t 1 ) 定冻土不会发生不衰减蠕变。这一表达式与什维托 ε() ( )σ() t= + t- tK E K () 夫 维 亚 洛 夫 , 1987对 Maxwell 松 弛 方 程 的 修 正 表 达 式中 : K ———粘性元件的粘滞系数 ; 式 ,具有相同的形式 。 E ———胡克弹性元件的弹性模量 ;( ) 将 3 式写成 :σ ———塑性元件的特征参数 。f t K t σ() σεσt=+ E- e ; t= 称为松弛时间 。f 0 f r r E 当 t = t时 , r σ() σεt= 0163+ 0137 E。 按照崔托维奇的试验数f 0 据 ,w = 40 %的粘土在温度 4 为 - 4 ?,压力为 200kPa 时的弹性模量 E = 6000MPa, 4 又取温度为 - 10 ?的巴特约斯粘土的粘滞系数 : 112 图 2 恒定的跃阶应变 K = 411 ×10N〃S/ m代入 。 11 2 K 4111 ×10 N〃S/ m考察它的松弛现象 ,给一恒定的跃阶应变 ,如图 2 ( )= 15 s = 68= tr E N 6 6000 ×10 εσ 2 所示 。若 E?, 则 Bingham 体 等 价 于 胡 克 弹 簧 , 当0 f m0 2 εσ E>时 :0 f 上式表明 , 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 冻土的松弛时间一般为 10,10S ε()dt 的量级 。这与冰压力持续作用时间来说是很小的 。1 σ() σ() σ() σ() σt=t- t=t- = K〃 1 3 f dtσ关于 取值 ,冻土在被压缩时强度降低程度可用 f ε() εε() εσ() )(t=- t=- t/ E 1 0 2 0 5 σ σσ σ / 来衡量 , / 约在 013 - 016 变化,由于冰层高 f 0 f 0 ε() dtσ()1 1 dt 度处坝土是含水量很高 ,冻结前接近饱和的富冰冻土 ] = -dt E dt (含冰冻土 ,因此这种冻土的松弛特性接近于冰 但其粘 ε()dt σ()1 K dt 4 σ()] K〃 〃 = -t =1 ) σ滞系数要小一个量级,由于冰松弛模型为= 0 的 f dt E dt σ() K dt Maxwell 模型 ,所以有理由认为 , 这种冻土长期强度是() σ() σ 〃σσ()而 t+t= - +=t 1 3 f 5 E dt σσ 很低的 ,本文取维亚洛夫推荐的下限= 013。f 0 σ() dt E E () σσ+ 〃? t= 3 护坡抗推稳定性分析f dt K K 一般而言 ,受到冰推力的块石护坡在役期间所受 解此微分方程 : E 的作用力有重力 、冰推力 、冻土支持力 、冻土和护坡结 - tK σ() σ( )t=+ C〃e C 是积分常数 f 合面的摩阻力 ,当验算其抗推稳定性时 ,还应计入冻土() εεσσ由0= E] C = E- , 0 0 f 和护坡结合面的粘聚力 ,在计算护坡重力时 ,应注意以 E - tK( )() σεσ) σ( 3 则 t=+ E- e f 0 f 下两点 : ?块石护坡多采用水泥砂浆作胶结材料 ,由于 Σ Σ 砂浆的抗拉强度很小 ,而砂浆和块材结合面的抗拉强由下式确定 : K =抗滑力/滑动力 。 σδαμα)( 度更低 ,因此冰层以下护坡的自重不应计入 。 ?护坡 013〃sin〃+ 015 C〃L + Gsin 0K = δαpcos 受到冰推作用而沿坡面向上运动时 ,冰层以上护坡往 ( ) σ式中 : —冻土的瞬时强度 KPa; 0 往由于冻胀拱起或稳定性原因 ,无法共同工作 ,统计资 δ() —冰层厚度 m;料表明 ,冰层以上护坡长度宜取其一半作为计算长度 。 0 α( ) —坡角 ; 护坡和冻土间的摩阻力是一种抗滑力 ,其值的大 μ —冻土与块石间的摩擦系数 ;小取决于二者之间的正压力和摩擦系数 。黑龙江省水 ( ) C —块石和冻土合面的平均抗剪强度 KPa; 7 科所的研究表明 ,对块石护坡 ,摩擦系数可取 014 。。() L —冰层以上高程内坡向护坡长度 m; ( ) G —L 长度内护坡重量 KN; ( ) P —静冰压力设计值 KPa。 Σ Σ 当抗滑力 <滑动力时 ,表明 ,块石护坡抗冰推 稳定丧失 。此时 ,冰面以上护坡块石发生冻胀自由变 形 ,冰层处在冰压力作用下产生压缩变形如图 4 所示 , ( ) 破坏了块石原有平衡位置 ,在沿坡冰推力 不平衡力 作用下 ,护坡块石将发生错位 ,隆起 、滚落 ,造成护坡破 图 4 微变形的几何关系 坏 。通常 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 k ?k = 1 12 。 图 4 表示了冰层高度处块石护坡在冰推力作用下 4 验例产生了压密变形或蠕变变形 ,破坏了护坡原有的结构 以水库常用的块石护坡为例题 ; 厚度取为 0135m ,平衡位置 ,从而亦破坏了各块石间原有的受力平衡关 3 γ兴利水位距坝顶 h = 315m ,坡率 1?215 ,坝,= 23 KN/ m 系 ,其微变形的几何关系由图示出 。设图中 12 线经微 σ底冻土的瞬时强度= 450 KPa ,块石和坝土接触面平 0 ΔΔΔ小变形到达 1′2′线位置 ,将位移X分解成X和X, HV μ 均抗剪强度为 25 KPa ,坝底冻土和块石的摩擦系数= ΔX就是冰推力作用下 ,护坡向上移动的原因 。 其中的Hδ014 ,冰层厚度= 111m ,静冰压力设计值 18119 KPa ,验 Δ而在X的作用下 , 冻土和块石间的正压力正是由于 V算护坡的稳定性 。 冻土的松弛而受到衰减 ,如前所述 ,由于冻土的松驰时 解 :稳定系数间远小于冰压力的持续作用时间 ,在进行护坡抗冰推 1 0 α( ) = arctg 18= 21稳定性验算时 ,所采用相应的正压力 P值可偏于安全 V 215 σσ地取 用 冻 土 的 长 期 强 度 , 即= 013来 进 行 计 算 求 h 315 f 0 L = = = 9143m α sinsin21180 得 。综上可得 ,块石护坡的抗冰推的滑动稳定系数可 0 0 Σ () 抗滑力 13 × 450 × 111 × sin2118 ×014 + 015 × 25 + 23 ×0135 × sin2118 ×9143 0 K == = 01843 < 112Σ 18118 ×111 ×cos2118 滑动力 所以 ,不安全 。须加厚其结构层厚度 ,或采用其它 参考文献 1 孙江岷 、李元璞 、李建军 1 寒冷地区平原水库护坡防冰 抗滑 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。 冻设计的若干问题 1 黑龙江水专学报 ,199612 期 5 结论 2 段忠东 1 海洋平台结构的随机疲劳环境荷载与累积损 511 护坡抗冰推稳定性验算时 ,应考虑冻土的应力松 伤[ 博士论文 , 哈尔滨建筑大学档案馆 ,1996 驰 。应力松驰引起的抗滑稳定正压力的降低 ,是造成 3 徐伯孟 、卢兴良 1 静冰压力设计取值的研究 1 水利部能块石护坡抗滑稳定丧失的主要原因之一 。 源部东北勘测设计研究院 1199313512 基于上述原因 ,为保证块石护坡的抗滑性 ,采取 4 H1A1 崔托维奇 , 冻土力学 , 张长庆 、朱元林译 1 北京 1以下措施 : 科学出版社 11985 年() 1护坡垫层采用砂土 ,特别是有刚性骨架和大 5 C1C1 维亚洛夫 1 土力学的流变原理 1 杨余培译 ,北京 1孔隙的大块碎石类土 ,做为防冻层填料 。 科学出版社 ,1981 年 () 2应用具有流变性质的粘性土作为垫层时 ,应 6 吴紫汪 、马巍 、常小晓 、沈忠言 1 冻结黄土的应力松驰 1 将其设置在冻深层以下 。 冰川冻土 11993 年第 15 卷 1 期 黑龙江省水利科学研究 7 所 ,大连理工大学工程力学系 1 () 3改善护坡结构的整体工作性能 ,如改用现浇 平原水库静冰压力推坡计算研究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 11996 年 12 月() 混凝土板式护坡 ,以增加抗滑 抗冰推能力 。 ?加大 、加厚块石的粒径 。收稿日期 : 1999202218