基于能量质环理论对含水率较大区域路基破坏机理研究

2014-03-10高路恒

交通科技与经济 2014年5期

高路恒

（江苏工程职业技术学院建筑工程系，江苏南通226007）

路基稳定是实现交通安全的基础，在我国西南地区存在相对陡峭路基设计，加强路基的稳定性成为设计的核心问题；从能量学角度分析地震致灾过程的本质规律，研究能量链式演化下路基介质载体形态变化对其安全性的影响，分析能量链式演化介质颗粒的波动位移规律，改变传统规范对路基设计的主要思路，并给出不同含水率下路基在地震作用下介质变化、形态变化关系及介质颗粒变化对路基安全性的影响。通过理论研究，对深化认识路基设计及其安全性影响具有重要的参考价值。

1 能量链式演化规律分析

灾害能量在介质载体中传输演化过程，体现了“能量点—链—面—体”的演化规律。灾害的爆发不是一蹴而就的，灾害的诱发遵循突变理论原理，即灾害能量在地环圈层介质载体中传播，其演化过程实现了量变与质变的双重关系。

灾害能量在介质载体中传播演化过程，灾害能量存在不断的聚集、耗散、演化、耦合等关系，在灾害能量形成初期，地震能量并未表现出破坏性，但当灾害能量在介质载体中不断的聚集与小部分耗散时，灾害能量将形成能量破坏质点，此时能量破坏质点将其所附带的破坏能量转移给路基介质颗粒，使路基介质颗粒发生微小的波动或者位移，路基开始破坏。

灾害能量的转移与颗粒波动并存，在能量链式演化的第二阶段，能量质点继续吸收灾害能量，当达到某一阶段，能量破坏质点将形成巨大能量的破坏链，此阶段能量链的形成是灾害爆发的关键。在此阶段中，能量链的出现将路基下介质载体颗粒的波动转化为介质位移，稳定的整体介质形态内部将产生犹如裂缝般的破坏。

当灾害能量重复传播演化规律时，能量链继续吸收能量，并不断壮大，能量链的演化阶段将出现质的变化，以灾害能量破坏面、最终形成能量破坏体的形式作用于介质载体上，并将其所附带的巨大能量进行转移，导致介质由波动、微裂缝、破坏滑动面，并最终以滑动块的形式爆发，这是能量链式演化机理。

2 能量链的演化与路基介质形态变化关系

地震作用下路基破坏实质上是地震能量演化致灾的结果，路基破坏失稳离不开能量的演化，能量链式演化是路基破坏的本质形式。地震能量链式演化“点—链—面—体”的形式，决定了路基介质载体形态的变化，能量链的演化程度决定了路基破坏的程度，二者紧密并存。

路基介质载体颗粒在地震作用下，其变化形态表现为介质的“液化现象”。地震能量的链式演化，导致路基介质由固态向半固态或者液态转变，在路基介质载体形态变化后，路基介质将部分或者完全失去稳定性，路基破坏诱因见图1。

图1 路基破坏因素示意

地震能量链式演化过程中，能量链演化各个阶段，其演化程度决定了路基介质粒子的波动状况，介质粒子的形态变化由路基区域地质情况、介质含水率及地震等级因素有密切的关系。能量链的演化程度也由路基区域地质情况及介质含水率直接影响。总而言之，路基介质波动离不开能量的演化，二者是并存的关系，无法单独存在。

3 路基介质载体形态变化安全性的影响

灾害能量链式演化过程伴随着路基介质载体粒子的波动位移，路基介质载体粒子的波动位移程度主要取决于能量链的演化程度、介质载体所处的地质状况、路基含水率等因素。另外一方面，介质波动位移程度决定了路基的破坏程度，在路基设计过程中要考虑地震等灾害作用下路基是否存在液化现象及液化程度可能性判断，对这些因素进行理论分析后，再进行路基设计的优化，将路基的设计水准上升到更加安全为主。

对于路基介质载体在地震能量链式演化过程中的波动位移程度，将路基含水率大小作为考虑的第一要素。地震能量链式演化过程中的介质载体波动位移程度总结以下几点:

1）路基含水率越大，地震能量链式演化过程介质变化程度越大，造成的破坏性就越大；

2）路基含水率越大，影响路基介质载体形态转变的程度，即路基含水率越大，能量链式演化过程中介质载体形态由固态向半液态，或者由固态向液态转变的可能性就越大，破坏性亦就越大；

3）在路基含水率一定的情况下，地震等级越大，路基介质载体形态变化程度就越大，导致的破坏程度也越大；

4）路基含水率对灾害能量链式演化存在直接的影响，能量演化与路基介质波动时并存的，不可单独产生。

5）路基含水率小，地震作用下，路基介质载体波动位移就越小，介质颗粒液化情况不明显，表现为介质形态由固态介质形式地震作用下的错动；

6）路基含水率较大，地震作用下，路基介质载体波动位移就越大，介质颗粒液化情况明显，表现为介质形态由固态介质形式地震作用下的位移；

7）路基含水率很大，地震作用下，路基介质载体波动位移就很大，介质颗粒液化情况很明显，表现为介质形态由固态介质形式地震作用下的位移不断扩大化。