某电厂铁路边坡稳定性分析

时考虑 了 岩 层 的 倾 向 及 分 层，分 层 厚 度 为 3. 0 ～ C 结 合 以 往 工 程 经 验 综 合 确 定，有 限 元 计 算 参 数 见
4. 0m。限于篇幅，本文只给出 了 1 － 1 剖 面 的 网 格 划 表 1。
分图（图 3）。
表 1 有限元计算参数
Table 1 Calculation parameters for finite element analysis
工 程 师 ，长 期 从 事 岩 土 工 程 勘 察 技 术 工 作 。 E-mail： houliancheng@ lepdi. com. cn
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构 面 的 各 向 异 性 ，单 元 考 虑 了 岩 层 外 倾 结 构 面 及 竖 直 结构面。x 轴为垂直方向，正方向为水平向右，y 轴为
水 平 方 向 ，正 方 向 为 竖 直 向 上 ，压 应 力 、压 应 变 为 取 正 值。
图 1 边坡平面图及边坡典型剖面图 Fig. 1 Slope plan and typical section
图 2 计算剖面和计算荷载分布 Fig. 2 Cross section used for numerical simulation and loading distributions on the sections
第 21 卷 第 3 期 2010 年 9 月
中国地质灾害与防治学报 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control
Vol. 21 No. 3 Sep. 2010
某电厂铁路边坡稳定性分析
侯连成1 ，王笑二2 ，徐立军2
（1. 辽宁电力勘测设计院，辽宁 沈阳 110005； 2. 中冶沈勘工程技术有限公司，辽宁 沈阳 110016）
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图 3 1 － 1′剖面有限元网格划分图 （445 个单元，3691 个节点）
Fig. 3 Finite element gridding in section 1 － 1 （445 elements，3691nodes）
有限元分析计算采用大型岩土工程有限元分析 通用软件 MIDAS / GTS 进 行。1 － 1′剖 面 坡 顶 荷 载 为 坡顶 0 ～ 6m 范 围 内 均 布 竖 向 荷 载 250kPa，均 布 水 平 向荷载 167kPa；坡 顶 6 ～ 40m 范 围 内 均 布 竖 向 荷 载 200kPa。2 － 2′剖面坡顶荷载为由坡顶 0 ～ 4m 范围内 均布竖向荷载 175kPa，均布水平向荷载 122. 5kPa；坡 顶 4 ～ 40m 范围内均布竖向荷载 150kPa。3 － 3′剖面 坡顶 荷 载 为 坡 顶 0 ～ 3m 范 围 内 均 布 竖 向 荷 载 32. 5kPa，均布水 平 向 荷 载 11. 5kPa； 坡 顶 3 ～ 40m 范 围内均布竖向荷载 35kPa。 2. 2. 2 边坡应力应变分析
2010 年
图 9 3 － 3′剖面 xy 方向最大剪应变等色图 （ 单位为 10 － 5 ，最大 － 3. 33）
－ 1′剖面加荷很大，选择滑裂面与竖直坡面交点距坡 肩竖直距离为 3. 0m 处 位 置 计 算，计 算 简 图 见 图 10。 1 － 1′ 剖面极限 平 衡 计 算 出 稳 定 性 系 数 为 1. 42，2 －
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文献标识码：A
0 引言
目前边坡稳定性分析常用计算方法主要有极限 平 衡 法、有 限 单 元 法、可 靠 度 分 析 和 模 糊 极 值 理 论［1］。其中，刚体极限 平 衡 法 具 有 概 念 清 楚、计 算 简 便、突出问题主要方 面 等 特 点 而 在 工 程 中 广 泛 应 用。 但极限平衡法不能得到工程设计单位关注的边坡变 形 等 数 据 ，工 程 实 践 中 常 结 合 有 限 元 法 估 算 边 坡 岩 体 应 力 和 应 变 状 况 ，再 采 用 极 限 平 衡 法 计 算 边 坡 稳 定 性 是工程界常用的方法，见文献［2 － 4］。本文 即 采 用 以 上 方法对某电厂铁路沿线边坡稳定性进行了稳定性分 析计算。
稳 定 性 计 算 时 分 别 考 虑 各 剖 面 最 不 利 的 情 况 ：1
图 8 3 － 3 剖面位移矢量场（ 最大 0. 44mm） Fig. 8 Displacement vector distribution in
section 3 － 3 （ maximum value 0. 44mm）
摘要：本文以某电厂铁路沿线边坡为研究对象，采用有限元法 结 合 极 限 平 衡 法 分 析 了 边 坡 稳 定 性 。 通 过 有 限 元 分 析，
给出了边坡岩体应力及应变分布，分析表 明，边 坡 岩 体 加 荷 后 未 发 现 大 剪 应 变 的 贯 通 区 。 刚 体 极 限 平 衡 法 评 价 了 沿
2. 1 计算剖面及边坡边界条件 场地整平时先采用爆破方式挖除原状山坡的表
土 层 及 强 风 化 石 灰 岩 ，直 至 中 风 化 石 灰 岩 。 整 平 后 中 风化石灰岩顶面形成中 间 高 两 端 低，坡 度 约 为 15° 的 拱 形 岩 面 。 按 设 计 要 求 ，中 风 化 岩 面 上 紧 邻 边 坡 临 空 面处设置 1. 2 ～ 8. 4m 高 重 力 式 挡 土 墙，墙 后 回 填 碎 石。墙高 8. 4m 处挡 土 墙 底 宽 度 为 6. 0m，墙 高 1. 2m 处挡土墙底宽度为 0. 8m。挡土墙墙顶为整平地面设 计高程。
2 － 2′ （ maximum value 3. 55mm）
图 7 2 － 2′剖面 xy 方向最大剪应变等色图 （ 单位为 10 － 5 ，最大 － 28. 60）
Fig. 7 Maximum shear strain chrominance distribution along x － y direction in section 2 － 2′
岩土名称
重度 （ kN / m3 ）
岩体弹性模量 （ MPa）
泊松比
结构面内摩擦角 结构面粘聚力
（°）
（ kPa）
结构面与 x 轴正向夹角
（°）
中风化岩体及外倾结构面
27. 0
8000
0. 22
24
240
21
中风化岩体及竖直结构面
27. 0
8000
0. 22
39
300
90
第3期
侯 连 成 ，等 ：某 电 厂 铁 路 边 坡 稳 定 性 分 析
岩 体 本 构 关 系 采 用 理 想 弹 塑 性 模 型 ，破 坏 准 则 采 用 摩 尔 库 伦 准 则 。 因 本 场 地 典 型 岩 层 为 层 状 结 构 ，结 构面主要为层面和竖向结构面。有限元单元考虑结
收 稿 日 期 ：2010 -03 -31 ；修 订 日 期 ：2010 -05 -19 作者简介：侯连成 （ 1957—） ，男，辽 宁 人，院 副 总 工 程 师，高 级
1 边坡工程地质条件
某电厂东侧与新建铁路专用线之间形成一个台 阶，拟建场 地 开 挖 整 平 后 将 形 成 最 大 高 差 约 为 15m 的 岩 质 边 坡 ，边 坡 加 固 的 设 计 方 案 为 下 部 岩 体 采 用 控 制 爆 破 后 锚 喷 加 固 ，上 部 土 体 采 用 控 制 回 填 后 挡 土 墙 加 固 ，形 成 了 由 底 部 岩 体 和 上 部 挡 土 墙 组 成 的 直 立 边 坡，图 1 为边坡平面图及边坡典型剖面图。据场地岩 土工程勘 察 报 告，整 平 后 边 坡 岩 体 均 为 中 风 化 石 灰 岩 ，坡 角 近 似 垂 直 。 石 灰 岩 灰 色 ，成 份 以 碳 酸 钙 为 主 ， 细粒结晶结构，中厚层状构造，层间距约 3 ～ 4m，竖直 节理裂隙较发育，水平间距约 3 ～ 5m。局部方解石脉 发育，中等风化，岩 质 较 硬，该 层 钻 进 困 难，岩 芯 呈 柱 状、短柱状。岩层产 状 为 20° NW ∠25° ～ 35°，基 岩 顶 面 平 缓 ，起 伏 不 大 ，局 部 可 见 破 碎 带 和 张 性 、张 扭 性 裂 隙，裂隙宽度 300 ～ 500mm，裂 隙 产 状 近 于 直 立，多 为 粘 土 充 填 ，少 数 无 充 填 ，整 个 场 地 均 有 分 布 。
Fig. 5 Maximum shear strain chrominance distribution along x － y direction in section 1 － 1′
（ unit in10 － 5 ，maximum value － 48. 25 ）
图 6 2 － 2′剖面位移矢量场（ 最大 3. 55mm） Fig. 6 Displacement vector distribution in section
各计算剖面计算结果见图 4 ～ 图 9。由边坡岩体 加荷后的 位 移 与 应 变 分 布 可 知，边 坡 1 － 1′、2 － 2′及 3 － 3′剖面均稳定，未发现大剪应变的贯通区，同时边 坡 加 荷 后 位 移 较 小 ，说 明 边 坡 是 稳 定 的 。
图 5 1 － 1′剖面 xy 方向最大剪应变等色图 （ 单位为 10 － 5 ，最大 － 48. 25）
（ unit in10 － 5 ，maximum value － 28. 60 ）
图 4 1 － 1′剖面位移矢量场（ 最大 2. 90mm） Fig. 4 Displacement vector distribution in section
1 － 1′ （ maximum value 2. 90mm ）