公路边坡防护预制块拱形骨架结构试验

公路边坡防护预制块拱形骨架结构试验

　　公路边坡防护预制块拱形骨架结构试验第一章绪论1.1问题的提出采用不同的边坡防护形式，因其边坡在受力过程中其应力应变与位移变化状况不同，其防护效果也有所不同，传统的浆砌片石防护与预制构件的防护效果因其受力状况以及在边坡受力过程中位移变化规律有所不同，为了研究不同骨架防护类型关键点位应力应变规律以及位移变化规律，通过实体模型试验以及试验段监测进行数据分析，以期能研究不同骨架防护类型在力学与位移方面的不同防护效果。1.2公路边坡防护国内外研究现状1.2.1国内研究现状我国公路边坡最初是采用单纯的工程护坡，到20世纪90年代采用植被护坡，直到近几年开始采用护坡生态防护技术。目前也有一些地区根据具体的工程情况也不同程度地开展了一些公路生态保护的研究。如1999 年海南省开始探索海南特色生态公路；2001年新疆规划巴音布鲁克天鹅湖时建成了旅游生态公路；2002年修建穿越秦岭的西安到汉中的高速公路时提出了秦岭山区高速公路建设生态保护技术研究的课题；2004年国家交通部在总结四川川九生态公路保护与环境建设成功经验的基础上，将云南小磨高速公路、重庆雷崇高速公路等6条高等级公路作为生态建设典型示范公路；2005年天宝生态高速公路修筑；2006年渝湛生态型高速公路（粤境段）建成。目前进行的比较大的生态公路研究课题有三江源区公路建设与生态环境保护研究和秦岭山区高速公路建设生态保护技术研究等[6]-[11]。发达国家十分重视公路沿线生态环境的保护与公路的绿化工作，已从过去的普通绿化进一步发展到目前的生态景观绿化，使公路建设与大自然融为一体。早在20世纪30年代，美国等发达国家就开始在公路边坡和机场空地进行植草恢复技术研究[12]。美国、加拿大等国家在公路建设中十分重视人与自然的和谐统一，如在公路建设中强调保存自然与历史遗迹，沿公路建立生物通道，保持自然及生物的连续性，公路建设中明确规定了公路与自然区域要保持一定距离，将交通对环境的负面影响降到最低[13]-[15]。尽管日本的高速公路建设到20世纪60 年代后期才拉开序幕，但是目前日本在高速公路生态恢复技术水平上处于世界领先地位。他们的策略是环境优先、自然再生。日本正在研究特殊空间绿化技术、植被恢复技术、公路边坡绿化技术、景观仿真技术等高新技术来恢复公路生态环境。此外，英国、意大利等国将加筋土技术与植被防护技术相结合，修建了包裹式的加筋土植草墙面的挡土墙[16]。.第二章室内实体模型试验设计2.1室内试验方案设计根据工程实际拱形骨架尺寸，缩小模型按照1:4的比例进行计算与修筑，实体试验模型尺寸为：高1.75m宽3.25m长3m，边坡坡率1:1.5，在模型坡面砌筑2排3列拱形骨架，并于骨架空隙类植草。在中间一列拱的拱顶、拱角和拱柱等关键点位贴应变片，在上中下三个位置架设位移千分表。..2.2缩小模型观测参数及仪器设备为了获取真实的工程数据，需要对3 种试验护坡方案进行数据监测。根据工程性质和数据分析需要，主要通过现场埋设微型传感器和变形控制点对各种骨架护坡结构的应力应变和位移进行监测。微型传感器采用不锈钢或铝合金膜片式结构，体积小。适用于各种小空间测力，广泛用于工业、科研、测控等领域的测量和控制。量程有：5,10,20,30,50,100,200,500KG，具体参数见表2.1与图2.1所示：EXT-810系列图显式推拉力计是深圳市鸿伟成计量控制设备有限公司的新一代推拉力计，使用了TFT真彩显示屏，实现了实时力、峰值力、测试过程曲线同屏图显的功能。具有体积小、重量轻、易携带、测试过程可监控可追朔、高精度等特点。适用于各种产品的成品、半成品、材料的推拉力测试、插拔力测试、破坏性试验、材料强度测试等，并可结合各种机台和夹具组合成不同用途的小型试验机。变形控制点通过在边坡附边设立观测基点，在铺筑好的骨架护坡结构特征点的竖直位移进行监测。采用千分表（0.001mm）进行观测竖向位移；采用贴应变片进行观测应力响应。应变片参数为BX120-50AA，电阻为120±0.1Ω，灵敏系数为2.08±1％，栅长*栅宽为50*3mm。相关仪器见图2.3-图2.5所示。.第三章边坡防护结构缩小模型加载试验数据分析....173.1浆砌片石拱形骨架结构应力响应规律分析....173.1.1应力响应变化规律分析........17 3.1.2竖向位移变化规律分析........223.1.3本节小结........243.2平缝预制块拱形骨架结构应力响应规律分析......243.2.1应力响应变化规律分析........243.2.2竖向位移变化规律分析........293.2.3本节小结........323.3扣缝预制块拱形骨架结构应力响应规律分析......333.4不同拱形骨架形式边坡防护方案对比分析....41第四章边坡防护结构试验段监测数据分析.......454.1现场试验段方案设计........454.2试验段数据监测布置方案与仪器设备......454.3试验段数据采集与分析方法.........474.4试验段监测数据分析........474.4.1应力监测数据与分析......474.4.2位移监测数据与分析......494.5本节小结.......52第五章结论与建议.........535.1结论.......535.2建议.......54 第四章边坡防护结构试验段监测数据分析4.1现场试验段方案设计根据垄茶高速公路边坡试验段现场修筑情况，由于施工进度原因，加上监测时间有限，对拱形平缝预制块试验段进行监测，其现场修筑状况如图4.1所示。随着时间的延长，压应力是增加的，压应力在监测初期增大速率明显大于后期，后期压应力变化趋近缓和，各监测点的变化规律大体相同。其应力变化趋近缓和。随着测点距边坡顶端斜向距离增加，压应力呈波浪形增加；同一时期拱顶应力小于相应的拱脚应力，距离坡顶距离越小的拱其相应拱顶与拱脚处的应力越大，可见在拱形骨架中，拱脚与拱顶相比，拱脚处为受力不利位置。现场平缝预制块拱形骨架中关键点位的监测表明：纵向位移分析可得，拱顶处的纵向位移小于拱脚处的纵向位移，上排拱顶、拱脚的纵向大于下排相应拱顶、拱脚的纵向位移；各监测点纵向位移随着时间的增加而增加；整体上同一坡线上，距离坡顶斜向距离越大，纵向位移越小，纵向位移与离坡顶斜向距离呈非线性减少。 结论边坡工程是公路工程中的重要工作之一，边坡防护形式多样，不同的防护形式对边坡工程有不同的防护效果。然而高速公路建设作为一项与自然生态环境紧密相关的工程，它不可避免地会对沿线自然生态环境造成一定程度的破坏，如植被破坏，水土流失，土地分割，景观及生物生存环境破坏等。边坡作为公路的重要组成部分，对防止水土流失、维护路基稳定起着重要作用，所以边坡防护问题也越来越受到重视。监控量测是边坡工程施工过程中，对边坡工程防护骨架的应力应变以及关键点位的位移进行监测，为边坡防护工程设计参数的调整提供依据，是确保施工质量及结构运营安全、指导施工组织、便利施工管理的重要手段。通过对量测数据的整理和分析，反馈到施工，可以实现对施工过程的动态控制，掌握三种边坡防护骨架的变形与受力状态，确保边坡防护骨架安全。通过对比分析，研究了边坡应力应变以及位移变化规律，最终得出以下几条结论： （1）、通过室内实体模型试验，揭示了三种实体模型（浆砌片石拱形骨架、平缝预制块拱形骨架、扣缝预制块拱形骨架）在加载过程其骨架关键点位应力应变以及竖向位移变化规律，揭示了随着坡顶荷载的增加，三种方案延横、竖、斜方向应变均有所增加。（2）、由三种方案实体模型试验可知，在加载与卸载过程中三种方案均存在明显荷载效应，离坡顶越近，随着荷载增加位移变化越大。（3）、通过对浆砌片石拱形骨架、平缝预制块拱形骨架、扣缝预制块拱形骨架防护边坡三种方案在加载过程中进行对比分析，其竖向应变、斜向应变、横向应变变化规律不同，相比其它两个方案，拱形扣缝方案骨架在拱顶与拱角处竖向应变均小于其斜向应变与横向应变，影响边坡稳定主要因素为竖向应变，拱形扣缝方案较其它方案优越。..