關(guān)鍵詞：超高路堤；風(fēng)化花崗巖；FLAC3D；變形規(guī)律中圖分類號(hào)： ；U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2025）05-0131-05

Abstract：Taking the weathered granite filer of theultra-high fillembankment from Huadu to Conghua sectionof the Guangzhou-Lianzhou Expresswayas the research object，the characteristics of the filer were studied through experiments，the numerical model was established byFLAC3D basedonthe ultra-high embankment profileof the K4 462 ＼～ K4 900 section，the vertical displacementof thefield monitoring wasused toverifythe numericalmodel，andthedeformationlawoftheweathered granitefillembankment wasstudied.Theresultsshowedthatwiththeincreaseof thenumberof fillinglayers，theswellingphenomenonoccuredonboth sidesof theembankment，andthehorizontaldiferencebetween the monitoring pointsonboth sides became larger，andthe horizontal displacement directionofthe monitoring pointson both sides was opposite with the DK4 640-6 monitoring point as the dividing line.With the increase of depth，the stress increased stepbystep，and the vertical stress reached1.45MPawhen filing tothe12th floor.The numericalsimulation results werebasicallyconsistent with thefield monitoring results，and the diffrence between them was only1mm，and the research results have theoretical significance for the filing and operation of ultra-high fillembankments.

Key words ：super high embankment ； weathered granite； FLAC3D ；deformation law

花崗巖在我國(guó)分布廣泛，主要分布在東南及華南地區(qū)，全風(fēng)化狀態(tài)時(shí)具有高壓縮性、不均勻性及遇水易軟化、崩解等特性[1]，填料難以壓實(shí)，從而產(chǎn)生路基不均勻沉降、側(cè)向變形、路面產(chǎn)生裂縫等各種沉降變形問(wèn)題[2-3]。開展超高填方路堤施工時(shí)沉降變形與風(fēng)化花崗巖填料特性研究，對(duì)超高填方路堤設(shè)計(jì)、施工技術(shù)及后期路基維護(hù)等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。風(fēng)化花崗巖作為一種特殊的填料，其路用工程性質(zhì)的研究起步較晚，蘇鈺欽等通過(guò)試驗(yàn)研究認(rèn)為：基床表層和底層可分別采用 6% 和 4% 的水泥改良全風(fēng)化花崗巖改良土[4]。馮太群研究了壓實(shí)度、水泥劑量及養(yǎng)生齡期對(duì)全風(fēng)化花崗巖填料水穩(wěn)定性影響規(guī)律，得到了不同水泥改良風(fēng)化花崗巖路基填料的工程性能參數(shù)[5]。張琦練等通過(guò)對(duì)比0% 、4% 6% .8% 不同水泥摻量改良全風(fēng)化花崗巖路基填料，得出 4% 水泥摻量滿足上路堤（94區(qū)）的填筑要求[6]。上述研究很多是基于試驗(yàn)所得，難以大規(guī)模開展應(yīng)用，有必要針對(duì)具體工程進(jìn)行具體分析。以廣州至連州高速公路花都至從化 K4+462～ 900段風(fēng)化花崗巖高填方路堤為工程實(shí)例，開展試驗(yàn)對(duì)填料的物理力學(xué)特性進(jìn)行研究，運(yùn)用FIACD建立典型邊坡斷面模型，對(duì)路堤填筑全過(guò)程進(jìn)行模擬，揭示沉降變形規(guī)律。

1 工程概況

廣州至連州高速公路花都至從化 K4+462～ 900段高填方路基最大路堤邊坡高度 46.92m ，該區(qū)上覆填土及花崗巖殘積土厚度約 3～10m ，下覆全-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，路堤底部回填 5～6m 的中-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，基底強(qiáng)風(fēng)化花崗巖呈砂礫狀、碎塊狀，承載力為 500～700kPa 。填料來(lái)自道路周邊平緩丘陵地帶的風(fēng)化花崗巖，粒徑在 0.075mm 以下含量為33.1% ，粒徑在 2mm 以下含量為 73.3% ，含量粒主成分以粉粒、粘粒為主砂粒，其次也含有礫粒和膠粒，為砂性土。風(fēng)化花崗巖平均含水率為 11.4% ，液限為 45.3% ，塑限為 22.7% ，塑性指數(shù)為22.6，故該區(qū)域風(fēng)化花崗巖為低液限砂性土。根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG3430－2020）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，得到風(fēng)化花崗巖填料基本力學(xué)參數(shù)見表1。

2 模型建立與監(jiān)測(cè)

2.1 模型的建立

模型建立以 K4+462～K4+900 段超高路堤剖面為原型，借助犀牛平臺(tái)進(jìn)行建模，模型分別按照地層巖性和填方順序進(jìn)行分組，如圖1所示。對(duì)于回填部分在初始地應(yīng)力階段，賦值空模型（model1），模擬未回填施工情況；根據(jù)施工步驟對(duì)回填部分賦值相應(yīng)摩爾-庫(kù)倫模型（modelmohr）模擬逐步回填過(guò)程。

2.2模擬參數(shù)的確定與監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

綜合風(fēng)化花崗巖基本物理試驗(yàn)及類似工程巖土體經(jīng)驗(yàn)[14-6]，模擬采用如表2所示的巖土體參數(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)的基底回填土層中布設(shè)了10個(gè)豎向位移傳感器，且數(shù)值模擬中與施工布置的位移傳感器位置保持一致。

2.3路堤沉降變形模擬

2.3.1 基巖地應(yīng)力平衡階段

在現(xiàn)實(shí)中路基已經(jīng)完成固結(jié)沉降，為了還原現(xiàn)實(shí)情況，先對(duì)路基進(jìn)行地應(yīng)力平衡，如圖2所示為路基地應(yīng)力平衡階段的位移及應(yīng)力云圖，豎向位移較大值位于第一層路基砂礫狀花崗巖層右側(cè)斜坡區(qū)域，最大豎向位移為 6.18mm ，向下方逐級(jí)遞減；水平位移主要集中在路基斜坡坡角處，最大為 1.28mm ；豎向應(yīng)力主要集中在路基右下角，該處上方巖體最厚，受到的自重應(yīng)力最大，最大豎向應(yīng)力為1.11 。

2.3.2 基地回填層填筑階段

圖3所示為基底回填層填筑施工后的豎向位移、水平位移及豎向應(yīng)力云圖。該路堤剖面上，豎向位移較大值主要集中在左側(cè)坡體與平臺(tái)交界處，最大豎向位移為 69.13mm ，向平臺(tái)中心逐漸遞減，在路堤下部呈現(xiàn)弧形分布規(guī)律；水平位移主要是集中在左側(cè)坡體上，位于2個(gè)1：2斜坡交接階梯平臺(tái)處，水平位移方向是朝向坡體的外側(cè)，呈現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象；隨著土體深度增加，豎向應(yīng)力則是從土體表面向路堤內(nèi)部逐漸增加，最大豎向應(yīng)力值為 1.18MPa 。

2.3.3 填筑階段豎向位移分析

在基底回填土填筑完成后，對(duì)位移進(jìn)行清零，在12層填筑過(guò)程中，每隔一層導(dǎo)出一張?jiān)茍D，圖4所示為填筑階段的豎向位移變化云圖。

由圖4可知，在填筑初期，豎向位移值主要集中在平臺(tái)左側(cè)靠近坡頂位置，豎向位移從該處向其他區(qū)域逐漸減小，這是因?yàn)樵诼返痰挠覀?cè)坡腳有一平臺(tái)對(duì)沉降變形產(chǎn)生一定的鎖固作用，導(dǎo)致其在另外一側(cè)的沉降變形量較大。隨著每一層填筑進(jìn)行，豎向位移集中區(qū)從扁平狀（偏左）逐漸向矩形過(guò)渡，填筑至第8層時(shí)，豎向位移集中區(qū)已近似矩形，隨著填筑至12層時(shí)，矩形區(qū)域逐漸變?yōu)闄E圓形，豎向位移的偏心現(xiàn)象消失，兩側(cè)豎向位移較為對(duì)稱。

提取每次填筑后10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移變化曲線如圖5所示。

由圖5（a）可知，12次填筑后的監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移曲線整體呈左側(cè)位移量偏大，而右側(cè)較小的規(guī)律。當(dāng)填筑1＼～3層時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移曲線近似直線，左大右小。填筑層數(shù)大于3層后，豎向位移曲線逐漸呈勾狀，從中心偏左側(cè)逐漸出現(xiàn)豎向位移極大值，且隨著填筑層數(shù)繼續(xù)提升，偏心豎向位移逐漸靠近中心，偏移現(xiàn)象逐漸減小，但在填筑12層后，仍然保持著一定豎向位移偏移特征，在 DK4+640-4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的豎向位移最大，它位于中央隔離帶偏左處。

由圖5（b）可知，隨著填筑層數(shù)升高，會(huì)導(dǎo)致豎向位移與填筑層數(shù)的斜率逐漸變大，這說(shuō)明了填筑層數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致豎向位移增大更加明顯，較厚的填筑土層導(dǎo)致其高壓縮特性被放大。

2.3.4 填筑階段水平位移分析

由于土體泊松比的限制，填筑階段所產(chǎn)生的水平位移均遠(yuǎn)小于豎向位移，均是由于豎向作用所產(chǎn)生向兩側(cè)的鼓脹現(xiàn)象，隨著填筑層數(shù)增加，導(dǎo)致兩側(cè)鼓脹現(xiàn)象更加明顯，且兩側(cè)鼓脹的位置隨著填筑高度的提高逐級(jí)向上擴(kuò)展，在填筑至12層時(shí)，左側(cè)鼓脹區(qū)域水平位移最大值為 120.80mm ，右側(cè)鼓脹區(qū)域水平位移最大值為 94.35mm 。提取10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在填筑過(guò)程水平位移變化情況，如圖6所示。

由圖6（a）可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1～5水平位移向左，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)1和2最大，約為 40mm ；監(jiān)測(cè)點(diǎn)6～10水平位移向右，監(jiān)測(cè)點(diǎn)9最大，約為 17mm 。

由圖6（b）可知，當(dāng)填筑層數(shù)為1～2層時(shí)，10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移差異性小，且接近于0。隨著填筑層數(shù)增加，兩側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平差異性越來(lái)越大，且以 DK4+640-6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)為分界線，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移幾乎接近于0，而其余兩側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)不同規(guī)律： DK4+640-6 左側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移為負(fù)值，填筑1～11層時(shí)， DK4+640-1 水平位移最大，填筑12層時(shí)， DK4+640-2 水平位移最大，為 -41.07mm ：DK4+640-6 右側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移為正值，填筑1～8層時(shí)， DK4+640-10 水平位移最大，填筑9～12層時(shí)，DK4+640-9 水平位移最大，為 17.09mm 。

2.3.5 填筑階段豎向應(yīng)力分析

同理，提取10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨著填筑施工過(guò)程中的豎向應(yīng)力變化規(guī)律結(jié)果如圖7所示。

2.4模擬與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證有限元模型的有效性，提取FLACD模擬結(jié)果，將其與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，現(xiàn)場(chǎng)位移傳感器監(jiān)測(cè)的沉降變化曲線顯示 DK4+640-6 斷面的累計(jì)沉降量最大，約為95mm ，而FLAC3D模擬監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量曲線顯示DK4+640-4累計(jì)沉降量最大，約為 94mm 。雖然最大沉降量監(jiān)測(cè)斷面有所差異，但2個(gè)斷面十分靠近，且二者的沉降量較為近似，說(shuō)明了有限元模型模擬具備可行性，可以將模擬結(jié)果應(yīng)用于施工沉降變形預(yù)測(cè)。

由圖7（a）可知，隨著每一層路堤填筑施工進(jìn)行，豎向應(yīng)力呈階梯狀增大趨勢(shì)，其中 DK4+640-1 與 DK4+640-10 在填筑至5層時(shí)，豎向應(yīng)力就已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而這2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)則是位于所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的兩側(cè)。填筑結(jié)束后， DK4+640-10 的豎向應(yīng)力是所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)中最大，約為 0.52MPa 。

由圖7（b）可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向應(yīng)力整體呈現(xiàn)W型分布規(guī)律，隨著填筑高度增加，W型的特征越來(lái)越不明顯，趨近于拋物線分布規(guī)律。填筑層數(shù)1～8層時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn) 為最大值，逐漸向DK4+640-4 發(fā)展；大于8層后， DK4+640-4 豎向應(yīng)力最大；填筑12層時(shí)，豎向應(yīng)力最大值為5.19MPa，而對(duì)于右側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，極大值點(diǎn)均為DK4+640-8監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3結(jié)語(yǔ)

（1）在填筑初期，豎向位移值主要集中在平臺(tái)左側(cè)靠近坡頂位置，豎向位移從該處向其他區(qū)域逐漸減小。隨著填筑層數(shù)升高，會(huì)導(dǎo)致豎向位移與填筑層數(shù)的斜率逐漸變大，較厚的填筑土層導(dǎo)致其高壓縮特性被放大。隨著填筑層數(shù)繼續(xù)提升，偏心豎向位移逐漸靠近中心，偏移現(xiàn)象逐漸減??；

（2）隨著填筑層數(shù)增加，路堤兩側(cè)出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，兩側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平差異性越來(lái)越大，且以DK4+640-6監(jiān)測(cè)點(diǎn)為分界線，兩側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移方向相反；

（3）豎向應(yīng)力在路堤中總是呈現(xiàn)與路堤表面形態(tài)相似的條狀應(yīng)力帶，且隨著深度的增加，應(yīng)力逐級(jí)增加，填筑至12層時(shí)，豎向應(yīng)力為1.45 MPa 。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向應(yīng)力整體呈現(xiàn)W型分布規(guī)律，隨著填筑高度增加，W型的特征越來(lái)越不明顯，趨近于拋物線分布規(guī)律；

（4）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致，兩者最大沉降量相差僅為 1mm ，表明采用本文建立的數(shù)值模型可以較好的預(yù)測(cè)路堤施工或運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)沉降變形。

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（責(zé)任編輯：平海）