某公路边坡稳定性分析
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科技信息
某公路边坡稳定性 分析
江 西Ａ ＿大 学建 筑与 测绘 学 院 Ｔ － 郭辉荣 钟 健 陈兴城
［ 摘 要］ 边坡安 全系数是评 价边坡 安全性的一个重要指标 。本 文利 用ＡＮＳ 软件建模 功能与 Ｆ ＡＣ 软件基 于Ｍｏ ｒ Ｃ０ １ｍｂ ＹＳ Ｌ ｈ— ｕ０ 屈 服 准则的 功能模拟 多种岩性 边坡 在开挖后 的受力状况并且计 算安全 系数 ， 而分析和评价边坡 的安全性 ， 而设立 支护 ， 进 从 对支护效
果进行 分析。最后得 出Ｆ Ａ 可以很好地模拟边坡 的受力情 况和边坡 的安 全 系 大于 １ 不能说 明边坡局部不发生塑性变形。 ＬＣ 数 并 ［ 关键词 ］ 边坡安 全 系数 Ｆ ＡＣ∽ 软件 强度折减法 Ｌ
Ｏ 前 言 ．
数值 分析软 件具有模 拟实际力 学的作用 ， 且可 以反 复多次模拟 而 运算 的特性 。随着计算机 计算能 力的不断提高 ， 数值分析 软件也得 到 了很快 的发展 ， 在工程研究 领域使用广 泛。
Ｏ２ － ５
０５ ３
抗拉强度／ Ｐ Ｍ ａ
１ ． ５
０９ ．８
第一层
第 二 层
４ ４
５ １
２． ４４
２． ６ ６
１．７ ７６
１ ．７ ６６
１． ０６
５５ ．６
第三层
０５ （０５） ．９３ ．。
４０ ０
２． ７６
３． ８５ ９
３ ．２ ５２
Ｏ１ ．５
３２ ．
２抗 剪 强度 折 减 系 数 法 原 理 和 Ｍｏ ｒＣ ｕｏ ． ｈ— ｏ ｌｍｂ屈 服 准 则 抗 剪强度折 减系数 （ｈａ ｔ ｎｔ ｅｕ ｔ ｎＦ ｃｏ 在 外荷载保持 Ｓ ｅｒ ｒ ｇ Ｒ ｄｃｉ ａｔ Ｓｅ ｈ ｏ ０：
不 变的情况下 ， 边坡 土体 内所发 挥最大抗剪强 度与外荷载 在边坡 内所 产 生的实 际应 力之 比。边坡在 自然 状态下 主要 受到 的是剪 切破坏 ， 强
导 意义 。边坡 的具体 的应力 应变情况则要 做更 详细的分析 ， 而得到 从 这 种边坡在该安 全系数情况 下的变形或者破坏 情况 ， 进而 给出边坡是
否需要采取加 固支护措施 的结论 。
１工 程 概 况 ．
路 基高 度越 大 ， 么 路基 边坡 的 安全 系数 则 越小 。运 用 Ｆ Ａ 模 那 ＬＣ 拟 边坡在 地震作 用下 所产生 的动力 反应 与真实地 震状态 下的动 力反 应 相近 ， 到 了 Ｆ Ａ 模 拟边 坡 在地震 作 用下 的稳 定 是可 行 的结 得 ＬＣ 论 ［ 。 不 同岩质的高边 坡的安全 系数无法很 快地通过精 确计算得 到 ， 但
度折减法对边坡 的评价方式就是基于强度储备概念的安全系数 。 强度折减 法 的原理就 是基 于 Ｍｏｒ Ｃ ｕｏ ｂ屈服 准则通过 把粘 聚 ｈ— ｏ ｌｍ 力 ｆ 内摩擦 角 按一定 的比例 Ｆ折减 ， 或 直到边坡达到安全为止 ， 时 这 得 到的折 减 比例 也就是边 坡 的安 全系数 Ｆ 。强度折 减法可 以分 为三 种折减方法 ： （） １只对内摩擦角进行折减； （） ２同时对 内摩擦角和粘聚力进行折减； （） ３只对粘聚力进行折减。 Ｆ的取值可 以用二分法进行折减取值 ， ｆ ， 分为两个相等 的区 将 ａｂ ］
某公 路修筑遇 到一座 山坡需 开挖 ， 该开挖 后的高边坡 自 而下的 上 岩土性状 为： 第一层 土层 是以页岩为主 ， 偶为灰岩 ， 为粘性土及碎石 、 余 角砾 充填 ， 厚 ２ 属 Ⅲ级硬 土 。第二层 土为砂粘土 ， 约 ｍ， 硬塑 ， 属部 夹页 岩块石 ， ２ ｍ， 厚 ． 基岩为页岩 ， ５ 薄层页片状 ， 钙质胶结为主 ， 局部质胶结 ， 属 Ⅵ级软岩 。查询岩石 力学力 学参 数表得 到三层 岩土详 细岩土力学参 数见表 １ 。
间， 开始取 区 间 ［ ，］ ａ ｂ 的中点 （ ＋ｂ ２， ａ ） 然后逐个 区 间地 对 ［ ， ］ ／ ａ Ｆ 或者 『 ｂ 进 行折减 直到边坡达 到安全 。该 边坡安全分 析中所用 的是对 内 Ｆ，１ 摩擦角和粘 聚力进行折减 的强度折减 法。用 公式表述即为 ：
ｆ＝ｆＦ ／
表１ 岩土力学参数 岩层 ｔ ａ ｎ ０５ （８８１ ．５２ ．。
０６ （３） ．５３ 。
粘 聚力 Ｃｋ ａ 重 ｙ ｋ ／ பைடு நூலகம் ／ 容 Ｐ ／ Ｎ ｍ。
＝
体积模量
剪切模量
Ｅ／３ （一 ）／ ａ Ｇ＝Ｅ／ （＋ｆ ／Ｐ （ １ ）ＧＰ ｘ ２１ ｆ Ｇ ａ ）
泊松 比
丰土根 等人 利用 Ｆ Ａ 软件对某厂房枢纽后边 坡的稳定性进 ＬＣ 行 了研 究 ， 出了边坡受 某种 因素的影响 的程度大小 。安智敏 等人 得 运用 基于 拉格 朗 日差分 法的 Ｆ ＡＣ软件研 究 了路 基边坡稳 定性 ， 出 Ｌ 得
是 在初步 评价边坡安 全性 时可以首先利 用 Ｆ Ａ 软件计算模 拟 ， ＬＣ 初 步确定边坡 的安 全性。Ｆ Ａ Ｄ计算出的边坡安全 系数 具有一定 的指 Ｌ Ｃ。
着最大不平衡 力不断趋 近于零 ， 最危 险点的位移也越来越 大。最大危 险点位移 与最 大不平衡力 基本上 同时达 到最大值和最小值 ， 最大位移 竟 达到 １．ｍ。以上 的分 析结果表 明开挖了的边坡在无支 护状态下最 ３８ 终要发生很严重 的破坏。这个结果说明需要对边坡进行支护加固处理。
３模拟计算 ． 本章运用 Ｆ Ａ 基于 Ｍ ｈ Ｃ ｕ ｍ 强度准则 利用 强度折减法进 ＬＣ ｏｒ ｏ ｌ ｂ — ｏ
ｔｎ∞：ｔｎ Ｆ ａ ａ 。／
二 。 ｃ＋ ｔｎ ａ
图 １ 支护边坡应变增量 无
式中： Ｆ是强度折减 系数 ； 是 岩土的粘聚力 ； ｒ ｃ 是折减后 的粘聚 力 ； 是 内摩 擦 角 ； 是 折减后 的 内摩擦 角 ； 是剪 切面上 的法 向应 力 ； 是折减后 的抗剪 强度。 ｒ
某公路边坡稳定性 分析
江 西Ａ ＿大 学建 筑与 测绘 学 院 Ｔ － 郭辉荣 钟 健 陈兴城
［ 摘 要］ 边坡安 全系数是评 价边坡 安全性的一个重要指标 。本 文利 用ＡＮＳ 软件建模 功能与 Ｆ ＡＣ 软件基 于Ｍｏ ｒ Ｃ０ １ｍｂ ＹＳ Ｌ ｈ— ｕ０ 屈 服 准则的 功能模拟 多种岩性 边坡 在开挖后 的受力状况并且计 算安全 系数 ， 而分析和评价边坡 的安全性 ， 而设立 支护 ， 进 从 对支护效
果进行 分析。最后得 出Ｆ Ａ 可以很好地模拟边坡 的受力情 况和边坡 的安 全 系 大于 １ 不能说 明边坡局部不发生塑性变形。 ＬＣ 数 并 ［ 关键词 ］ 边坡安 全 系数 Ｆ ＡＣ∽ 软件 强度折减法 Ｌ
Ｏ 前 言 ．
数值 分析软 件具有模 拟实际力 学的作用 ， 且可 以反 复多次模拟 而 运算 的特性 。随着计算机 计算能 力的不断提高 ， 数值分析 软件也得 到 了很快 的发展 ， 在工程研究 领域使用广 泛。
Ｏ２ － ５
０５ ３
抗拉强度／ Ｐ Ｍ ａ
１ ． ５
０９ ．８
第一层
第 二 层
４ ４
５ １
２． ４４
２． ６ ６
１．７ ７６
１ ．７ ６６
１． ０６
５５ ．６
第三层
０５ （０５） ．９３ ．。
４０ ０
２． ７６
３． ８５ ９
３ ．２ ５２
Ｏ１ ．５
３２ ．
２抗 剪 强度 折 减 系 数 法 原 理 和 Ｍｏ ｒＣ ｕｏ ． ｈ— ｏ ｌｍｂ屈 服 准 则 抗 剪强度折 减系数 （ｈａ ｔ ｎｔ ｅｕ ｔ ｎＦ ｃｏ 在 外荷载保持 Ｓ ｅｒ ｒ ｇ Ｒ ｄｃｉ ａｔ Ｓｅ ｈ ｏ ０：
不 变的情况下 ， 边坡 土体 内所发 挥最大抗剪强 度与外荷载 在边坡 内所 产 生的实 际应 力之 比。边坡在 自然 状态下 主要 受到 的是剪 切破坏 ， 强
导 意义 。边坡 的具体 的应力 应变情况则要 做更 详细的分析 ， 而得到 从 这 种边坡在该安 全系数情况 下的变形或者破坏 情况 ， 进而 给出边坡是
否需要采取加 固支护措施 的结论 。
１工 程 概 况 ．
路 基高 度越 大 ， 么 路基 边坡 的 安全 系数 则 越小 。运 用 Ｆ Ａ 模 那 ＬＣ 拟 边坡在 地震作 用下 所产生 的动力 反应 与真实地 震状态 下的动 力反 应 相近 ， 到 了 Ｆ Ａ 模 拟边 坡 在地震 作 用下 的稳 定 是可 行 的结 得 ＬＣ 论 ［ 。 不 同岩质的高边 坡的安全 系数无法很 快地通过精 确计算得 到 ， 但
度折减法对边坡 的评价方式就是基于强度储备概念的安全系数 。 强度折减 法 的原理就 是基 于 Ｍｏｒ Ｃ ｕｏ ｂ屈服 准则通过 把粘 聚 ｈ— ｏ ｌｍ 力 ｆ 内摩擦 角 按一定 的比例 Ｆ折减 ， 或 直到边坡达到安全为止 ， 时 这 得 到的折 减 比例 也就是边 坡 的安 全系数 Ｆ 。强度折 减法可 以分 为三 种折减方法 ： （） １只对内摩擦角进行折减； （） ２同时对 内摩擦角和粘聚力进行折减； （） ３只对粘聚力进行折减。 Ｆ的取值可 以用二分法进行折减取值 ， ｆ ， 分为两个相等 的区 将 ａｂ ］
某公 路修筑遇 到一座 山坡需 开挖 ， 该开挖 后的高边坡 自 而下的 上 岩土性状 为： 第一层 土层 是以页岩为主 ， 偶为灰岩 ， 为粘性土及碎石 、 余 角砾 充填 ， 厚 ２ 属 Ⅲ级硬 土 。第二层 土为砂粘土 ， 约 ｍ， 硬塑 ， 属部 夹页 岩块石 ， ２ ｍ， 厚 ． 基岩为页岩 ， ５ 薄层页片状 ， 钙质胶结为主 ， 局部质胶结 ， 属 Ⅵ级软岩 。查询岩石 力学力 学参 数表得 到三层 岩土详 细岩土力学参 数见表 １ 。
间， 开始取 区 间 ［ ，］ ａ ｂ 的中点 （ ＋ｂ ２， ａ ） 然后逐个 区 间地 对 ［ ， ］ ／ ａ Ｆ 或者 『 ｂ 进 行折减 直到边坡达 到安全 。该 边坡安全分 析中所用 的是对 内 Ｆ，１ 摩擦角和粘 聚力进行折减 的强度折减 法。用 公式表述即为 ：
ｆ＝ｆＦ ／
表１ 岩土力学参数 岩层 ｔ ａ ｎ ０５ （８８１ ．５２ ．。
０６ （３） ．５３ 。
粘 聚力 Ｃｋ ａ 重 ｙ ｋ ／ பைடு நூலகம் ／ 容 Ｐ ／ Ｎ ｍ。
＝
体积模量
剪切模量
Ｅ／３ （一 ）／ ａ Ｇ＝Ｅ／ （＋ｆ ／Ｐ （ １ ）ＧＰ ｘ ２１ ｆ Ｇ ａ ）
泊松 比
丰土根 等人 利用 Ｆ Ａ 软件对某厂房枢纽后边 坡的稳定性进 ＬＣ 行 了研 究 ， 出了边坡受 某种 因素的影响 的程度大小 。安智敏 等人 得 运用 基于 拉格 朗 日差分 法的 Ｆ ＡＣ软件研 究 了路 基边坡稳 定性 ， 出 Ｌ 得
是 在初步 评价边坡安 全性 时可以首先利 用 Ｆ Ａ 软件计算模 拟 ， ＬＣ 初 步确定边坡 的安 全性。Ｆ Ａ Ｄ计算出的边坡安全 系数 具有一定 的指 Ｌ Ｃ。
着最大不平衡 力不断趋 近于零 ， 最危 险点的位移也越来越 大。最大危 险点位移 与最 大不平衡力 基本上 同时达 到最大值和最小值 ， 最大位移 竟 达到 １．ｍ。以上 的分 析结果表 明开挖了的边坡在无支 护状态下最 ３８ 终要发生很严重 的破坏。这个结果说明需要对边坡进行支护加固处理。
３模拟计算 ． 本章运用 Ｆ Ａ 基于 Ｍ ｈ Ｃ ｕ ｍ 强度准则 利用 强度折减法进 ＬＣ ｏｒ ｏ ｌ ｂ — ｏ
ｔｎ∞：ｔｎ Ｆ ａ ａ 。／
二 。 ｃ＋ ｔｎ ａ
图 １ 支护边坡应变增量 无
式中： Ｆ是强度折减 系数 ； 是 岩土的粘聚力 ； ｒ ｃ 是折减后 的粘聚 力 ； 是 内摩 擦 角 ； 是 折减后 的 内摩擦 角 ； 是剪 切面上 的法 向应 力 ； 是折减后 的抗剪 强度。 ｒ