摘要：针对雨水沿断裂及地裂缝带入渗引起的地表不均匀差异沉降变形对公路路基路面的影响， 在综合分析雨水入渗作用机理的基础上，运用岩土数值分析软件 MIDAS/GTS，研究了地裂缝、活断层环境下雨水入渗对公路路基路面的影响效应。研究结果表明， 路基底面在公路重力作用下将随着地表一起下沉， 路基底面的变形曲线与地面的沉降曲线基本一致，路面及路基底面的受力状态主要由地表不均匀沉降曲线控制。
关键词 道路工程；雨水；活动断裂；地裂缝
0 引言
由于公路工程裂缝带自身的特点，使其成为雨水入渗的良好通道，当雨水沿裂缝下渗时，会使裂缝带附近的地基产生显著的潜蚀、湿陷和软化等复杂的物理和化学作用，甚至诱发断层或地裂缝的活动加剧，使地表产生不均匀的差异沉降变形，进而引发路基、路面结构的差异形变和开裂破坏，成为交通隐患[1]。为此，本文在上述研究的基础上，对雨水入渗引起的渗透破坏和土体软化沉陷，导致路基强度降低而引起路面下陷的致灾机理进行研究，以期为公路工程裂缝的危害评价及防治方案的制定提供参考依据。
1 雨水沿裂缝带入渗作用机理
雨水的入渗会改变岩土体的力学性质，引起变形沉降。尤其是岩土体中渗流场的变化，会引起应力场发生相应变迁，导致裂隙岩土体的渗透变形，并对裂隙结构面产生物理、化学作用，造成结构面的扩展。其作用机理主要表现在3个方面：①水、岩体的物理化学作用；②力学作用；③岩土体及结构面的遇水软化作用[2]。
2 雨水入渗对公路致灾机理的有限元分析
2.1 有限元分析模型的建立
采用GTS有限元软件建立模型，进行有限元分析，公路的断面尺寸考虑为梯形，顶宽22 m，底宽33 m，高3.0 m，路面设置为3层，路基为2层，从上向下分别为面层、基层、底基层、路床和路堤，各层厚度分别为0.2、0.3、0.5、1.5、0.5m。模型土体的范围为上盘80 m，下盘70 m，高30 m，路基基底两侧各宽40 m，土体尺寸为150 m×120 m×30 m，断层走向与公路正交，倾角按80°考虑，计算模型如图1所示。
.png)
图1有限元计算模型及网格划分
根据《公路沥青路面设计规范》，计算模型的路面取为沥青混凝土，基层为水泥稳固集料，底基层为二灰砂砾，路床和路堤为压实的粉质粘土，模型上、下盘的土按均质粘土考虑，各层材料参数的选取见表1，采用莫尔-库仑屈服准则。
表1材料计算参数的选取
.png)
模型的边界条件为约束土体四周、模型底部以及公路两端面的法向位移。在裂缝带的地表位移，可根据渗水试验结果，选取渗水试验中纵向跨越地裂缝两侧的沉降标NB1～NB22，以渗水49d时的沉降量作为裂缝带的地表沉降趋势曲线，施加地表变形位移来研究地裂缝、活断层环境下的雨水入渗对路基路面的影响效应。
2.2 有限元计算结果分析
地表变形下路基底面、路面的竖向位移曲线如下页图2、图3所示。
由图2、图3可见，由于路基是强度较低的夯实粘土，当地表产生不均匀沉降时，路基底面在公路重力作用下将随地表一起下沉，路基底面的变形曲线与地面的沉降曲线基本一致。同时，当地表不均匀沉降时，路基、路床土体在自重作用下固结下沉，则在公路结构体中产生沉降松弛。因此，对于这种由路基底面沉降引起的公路沉降，内部及路面的沉降量及范围往往小于底部的沉降量和范围，公路竖向位移云图如图4所示。
图2 路基底面竖向位移曲线
图3 路面竖向位移曲
.png)
线
图4 公路竖向(z向)位移云图
在裂缝带的路面竖向最大位移为0.155 m时，其沉降发生在裂缝附近40m内；而路基底面的最大竖向位移为0.19m时，其沉降发生在裂缝附近约50m内。路面的变形趋势基本与路基底面相似，最大竖向位移点位置和地表最大沉降点位置一致，但由于公路路面的材料强度较高，具有一定的抗弯、抗拉能力，因此，路面的变形曲线比较光滑，在裂缝带发生弯曲变形。
3 结论
（1）雨水入渗对断层带公路工程特别是路基路面工程的影响，主要是由于雨水入渗引起断层带或裂缝带地表的不均匀沉降，从而引起公路结构的附加应力和变形。
（2）公路结构将随地表一起产生不均匀沉降变形，并在结构内部形成沉降松弛，导致公路内部和路面的变形量和变形范围略小于地表变形，而且路基、路面的最大沉降变形点与地表最大沉降变形点位置一致。
（3）公路路基路面的最大竖向位移、变形范围，主要受地表沉降变形曲线的控制。
参考文献（References）：
[1] 黄涛,罗喜元,邬强,等.地表水入渗环境下边坡稳定性的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(16):2671-2675.
[2] 王福恒,李家春,田伟平.黄土边坡降雨入渗规律试验[J].长安大学学报:自然科学版,2009,29(4):20-24.
[3] 彭小云,叶万军,折学森,等.黄土沟壑区湿软路基沉降预测模型[J].交通运输工程学报,2007,7(2):70-75.