台阶对路堑边坡稳定性的影响分析

图 １ 两 种边 坡 尺 寸 示 意 图
考虑到对称性 ， １２ 取 ／ 结构进行分析 ， 其中路基 顶宽 ４ ｍ ２＝ ２ 。对 于边界范 围的选定 ， ４ ／ ２ｍ 将方案 中的模型边界参考张鲁渝、 郑颖人 等人 的建议［ ， ３ ］ 左边界至坡脚 的距离在 １５ Ｈ为边坡高度 ） 坡 ．Ｈ（ ， 顶部到底部边界的距离等于 ２ Ｈ的方式 进行扩大。 算例模型 Ｈ＝ ０ 。 ２ｍ 模型的网格划分如图 ２ 图 ３ 计算按照平面应 、 ， 变问题处理， 边界条件为左右边界水平约束 ， 下部边 界 ｘ Ｙ方向约束 ， 、 上部边界为 自由边界 。采用关联 流动法则求 解安全 系数 。
第４ 期
谭立清等 ： 台阶对路堑边坡稳定性的影响分析
表 １ 路堑边坡材料属性
・ ５・ １
采用与不设 台阶时同样的挖方量， 以某一工程为例 ， 台阶宽度为 ５ 如图 １ ｍ， 所示 ， 坡面线为直线的是不 设台阶的路堑边坡 ， 坡面线为折线的为设置 台阶的
路堑边 坡 。
滑动面。如图 ４ 图 ５为两种情况下路堑边坡 的剪 、 切应变率云图， 箭头代表速度矢量 。
其中： 为折减后的粘聚力， 为折减后 的内 ｃ
摩擦角， 为折减系数。通过对边坡稳定性进行 Ｆ 数值分析， 不断地增加折减系数 ， 反复计算 ， 直至其
达到临界破坏 ， 此时得 到的折减系数即为安全系数
Ｆｏ ｓ
（） ２ 考虑 了土体的非线性弹塑性本构关系， 以 及变形对应力的影响； （） ３ 能够模拟 土坡 的失稳过 程及其滑移 面形
状；
２ 台阶对 路堑 边坡 稳定性 的影 响 ２ １ 建 立模型 ．
（） ４ 不需引入假定条件 ， 以得到不 同状态 下 可 土体的真实受力状态 ， 全面了解应力 、 应变 的状况 ， 有更严密的理论体系 ；
为了进行 比较 ， 设置两个模型 ， 分别为有台阶和 无台阶的。为了能在不改变施工成本的情况下， 考 虑 台阶对路 堑边坡 稳定 性 的影 响 ， 于 台阶的设置 ， 对
图４ 不设台阶时路堑边坡的剪切应变增量云图及速度矢量图
图 ５ 设 台阶 时 路 堑 边 坡 的剪 切 应 变 增 量 云 图及 速 度 矢 量 图
从 图 中可 以 明显 看到 剪切 应 变增 量 变 化 区域 ， 即潜 在滑 动面 。从 速度 矢 量 上来 看 ， 动 面 外侧 区 滑
分 法进行边 坡稳 定性 的研究 。
１ ２ 强度折 减 法 ．
安全运行的重要条件 。高速公路的工程建设总是不 可避免会遇 到一些 稳定性难 以确定 的高 陡的路堑 边
坡， 这些边坡难免会 给高速公路的施工和今后正常 的运营带来不便 ， 有的甚至是毁灭性 的灾难。 般情况下， 路堑边坡高 ， 将坡度放缓 ， 即可保
了设置台阶对路堑边坡稳定性的影响 ， 并对台阶的宽度及位 置对路堑边坡稳 定性 的影响做 出分析 ， 定了稳 定性 确
最高的台阶宽度及位置， 为带台阶路堑边坡设计提供了参考。
关键词 ： 台阶； 强度折减 法； 堑边坡 ； 路 边坡稳定性
中图分类号 ：４ ７ １ Ｕ １ ．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
文献标识码 ： Ｂ
一
证安全， 但是坡度放缓 ， 开挖 的工程量就会加大 ， 而 且 会加剧 坡 面的 冲刷 ， 引起 坡 面 破坏 。 而设 置 台阶
后 ， 以在 不放缓 坡 度 的情 况下 提 高路 堑 边坡 稳 定 可
强度折减 ， 是将岩体或土体强度参数 （ 包括抗
剪、 抗拉强度 ） 逐渐 降低 ， 到其达 到破 坏状态为 直 止 ， 减少 的倍 数被 定义 为安全 系数 。 其 在强度折减法中， 边坡稳定的安全系数定义为：
的自 然平衡条件被破坏 ， 使坡体沿某一滑动面产生 滑动。尤其对于高路堑 ， 经常导致交通堵塞、 中断， 甚至被迫关闭。高速公路边坡的稳定性是确保公路
系数往往是不同的， 一次开挖和分级开挖也是不一 样的。
由于数值分析的方法有这些优点 ， 本文关于台
阶对路堑边坡稳定性的影响更 加适合应用这种方 法。数值分析方法主要 有有限元法、 有限差分法等 等， 这些方法各有优点 ， 本文应用强度折减的有限差
・
１ ４・
北 方 交 通
２ ｌ ＯＯ
台阶 对 路 堑边 坡 稳 定 性 的 影 响分 析
谭立清 包龙生 李 ， ， 航２
（． １ 辽宁省水利水 电勘测设 计研究 院， 阳 １００ ；． 阳建筑大学土木 －程学 院， 阳 １０ ６ ） 沈 １０ ６ ２ 沈 ｌ － 沈 １ １８ 摘 要： 阐述 了强度折减边坡稳定性分析 方法的基本原理 ， 应用强度 折减 法进 行路堑边坡 的稳定 性验算 ， 分析
文章编号 ：６３— ０ ２ ２ １ ） ４— ０ ４一 ３ １７ ６ ５ （０ ０ ０ ０ １ ｏ
路 堑边坡 滑塌是 公 路上 常 见 的破 坏 现象 之 一 ， 如在岩 质或土质 的 山坡 上开 挖 路 堑 ， 可 能 因 山坡 有
（） ５ 可以考虑不同的施工工序对土体稳定 的安
全性 的影响 ， 天然 边坡 、 开挖 边坡 、 填筑 边坡 的安 全
Ｉ ａ 。 ｌ
边坡稳定性分析方法主要有极限平衡法和数值 分析法两大类。随着计算机技术 的不断提高 ， 数值
分析 的方法越来 越 被广 泛 应 用 于边 坡稳 定 性 分析 ，
Ｆ ａ （ ＝ｔ ｎ
）
ｔ ａ ｒ ｌ ｉ
（） １
与传统的极限平衡法相 比， 有以下的优点：
（） １ 能够对 具 有 复 杂 的地貌 、 质 构 造 的边 坡 地 进 行稳定 性分析 ；
性， 又可以增加坡 度， 更有利于排水和 防止坡面冲 刷。
１ 边坡稳 定分析 方法
１ １ 数值 分析方 法 ．
使边坡刚好达到临界破坏状态时 ， 对岩体、 土体的抗
剪强度进行折减的程度 ， 即安全系数为岩土体的实 际抗剪强度与临界破坏时折减后剪切强度的 比值。
用 公式表 达如 下 ： ｃ ＝