某特定滑坡过程的数值分析

某特定滑坡过程的数值分析

李星

(重庆交通大学 重庆 400041

摘要：在中国山区修建公路时经常会遇到各种高边坡，其在公路建设乃至运营的整个过程中是一个很大的安全隐患，发生失稳破坏时不仅影响道路的正常运营，甚至会造成人员伤亡和重大财产损失。本文基于Midas Gts有限元软件针对某特定边坡的失稳过程进行了二维有限元数值模拟，定量研究了整个过程的稳定状况。

关键词：高边坡；稳定分析；数值模拟

1引言

公路建设过程中，开挖山体形成高坡是不可避免的工程问题，高边坡如处理不当，容易失稳形成滑坡。滑坡一旦发生，不仅带来经济损失和不良社会影响，后期处理也比较棘手^[1-2]。大量实践证明，边坡工程已成为公路建设的重大课题，对边坡工程展开详细深入研究，提出有针对性且合乎实际的解决途径，这将具有重大的工程理论价值和社会经济效益^[3-5]。本文选取某公路挡墙工程为研究对象，基于midas有限元模拟软件对该边坡滑坡前的稳定性进行了分析。

2某特定边坡失稳过程的理论分析和数值分析

2.1工程背景

某公路中间段挡土墙边坡坡底抗滑桩外侧岩土层经开挖后产生了开裂和变形，部分抗滑桩发生位移，一部分重力式挡土墙发生下沉和位移，坡顶土层及边坡分级平台、排水沟发生开裂和错位。滑坡纵向最宽约43m，横向最宽约155m，滑坡总面积大约为5300m²,滑体体积约为50100m³.滑坡产生后，施工单位在坡底抗滑桩外侧进行填土反压，反压之后边坡变形暂时放缓，但仍不稳定。

2.2原设计与施工概况

该边坡处于道路的左侧，坡度大致在40~45°。原预设支挡结构形式为“多级台阶式重力式挡土墙+抗滑桩”，抗滑桩左侧至坡顶分四级放坡，各台阶宽约为6m，高约为3~6m,各台阶坡度大约是80°~90°，挡土墙形式皆为重力式，基础形式是条形基础，重度约24.0kN/m³。抗滑桩设置间距约5.0m，桩径为2.0m，以强风化泥岩作为基础持力层，桩深埋于设计路面之下，桩底距离路面约15.0~20.0m。原设计的边坡防护横断面如图2-1所示。

图2-1 原设计的边坡防护横断面

2.3数值模拟

2.3.1模型建立

根据边坡的实际情况,建立了二维地质模型，并对边坡从挡土墙施工、抗滑桩施工到土体开挖的全过程进行了模拟，并分别算出了边坡稳定安全系数。岩土层采用摩尔-库伦本构模型，挡土墙和抗滑桩则采用线弹性结构模型，其中抗滑桩采用梁单元来模拟，岩土体和材料的具体参数如下图所示。

图2-2 边坡材料物理力学参数性能指标

2.3.2边坡失稳过程分析

图 2-3挡土墙施工后位移云图

图 2-4抗滑桩施工后位移云图

图 2-5 土体开挖后位移云图

表2-1 施工过程中的边坡稳定安全系数及水平位移表

从图2-5看出，在未滑坡前，该边坡的安全系数为1.1594，远小于《建筑边坡工程技术规范》中规定的“永久边坡的一般工况”的边坡稳定安全系数值(1.35)， 根据《建筑边坡工程技术规范》中规定，该边坡的稳定性系数Fs = 1.1594，介于1.05和1.35之间且非常接近1.05，说明该边坡稳定性为“基本稳定”状态且趋向于“欠稳定”状态:若是遇上持续降雨的暴雨天气，边坡极易失稳滑动。

从图2-4可以看出，该边坡的变形趋势为:坡顶重力式挡土墙墙顶的相对位移量最大，抗滑桩桩项的相对位移量最小，由坡顶往坡脚，重力式挡土墙的相对位移量随着边坡高度降低而变小。同时，因抗滑桩受到其后的土压力作用而使抗滑桩桩前土体受到被动土压力作用而明显隆起。

从图2-3~图2-5可以看出，挡土墙施工完成后，该边坡的安全系数为1.2887;当抗滑桩施工完成后，该边坡的安全系数为1.3004,相对前一施工阶段，边坡的安全系数仅提高了0.908%，抗滑桩的存在对边坡的稳定性影响不明显。而当在对桩前的土体进行开挖到道路设计标高时，该边坡的安全系数则降低到1.1594, 相对前一施工阶段,边坡的安全系数降低了10.842%，降低量比较大。在整个施工过程中，挡土墙施工阶段和抗滑桩施工阶段，该边坡的稳定安全系数值不满足《建筑边坡工程技术规范》规定的“永久边坡一般工况"边坡稳定安全要求，且不满足“临时边坡”的边坡稳定安全要求;在整个施工过程中,该边坡稳定性状态都处于“基本稳定”状态，且随着施工进度推进，该边坡稳定性状态逐渐由“基本稳定”状态向“欠稳定”状态转变。同时,在采用Midas GTS NX数值模拟软件对该边坡施工过程进行模拟时，未考虑土体的胀缩性和暴雨天气、地震荷载等极端情况，软件模拟出来的计算结果将大于该边坡的实际情况。

3.结论

1.相较于重力式挡土墙，抗滑桩的存在对于边坡稳定性的提升并不显著。

2.该边坡的原设计支挡结构形式不够合理，应考虑重新设计施作。

参考文献

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作者简介：李星(1996-)，男，汉族，四川达州人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：隧道及地下工程