余俊峰

(貴州路橋集團有限公司)

Plaxis 巖土工程有限元分析軟件是用于解決巖土工程的變形、穩(wěn)定性及地下水滲流等問題的通用有限元系列軟件，它計算功能強大、運算穩(wěn)定、界面友好，是解決當(dāng)前與未來復(fù)雜巖土工程問題的專業(yè)計算分析工具。故采用該軟件對路塹邊坡穩(wěn)定性進行分析。

1 計算模型構(gòu)建和邊界條件的確定

計算邊坡的坡度為30°，坡面高度為4.8 m。該剖面的計算邊界范圍依據(jù)選取原則分別選取:左右計算邊界分別向外延伸5 m，計算邊界向下延伸12 m。在有限元網(wǎng)格的生成過程中，類組被劃分為三角型單元，計算模型選擇15 節(jié)點單元，有12 個應(yīng)力點。邊界條件采用標準固定邊界，Plaxis 將在幾何模型底部施加完全固定約束，在兩側(cè)豎直的邊界施加滑動約束。將計算模型土層進行劃分，第①、②層為融化層，當(dāng)融化深度小于等于0.4 m 時，選取為一層，超過0.4 m 時，將融化層根據(jù)現(xiàn)場實測含水率的不同劃分為兩層;第③層為凍結(jié)層;第④層為凍結(jié)層下1 m 內(nèi)的土層;第⑤層為深層土。

本次模擬計算選取Mohr－Coulomb 模型作為其計算模型。

影響邊坡穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一是坡度，針對坡度由陡到緩分別選取45°、35°、30°和26.5°四個坡度值，計算邊坡融化深度在0.8 m 時的安全系數(shù)。

邊坡計算模型的土層分為5 層。(1)深度0～0.4 m，表層融化土，含水率為24%;(2)深度0.4～0.8 m，表層融化土，含水率為32%;(3)深度0.9～1.3 m，凍結(jié)土層;(4)深度1.3～2.6 m，非凍土，含水率為8.8%;(5)深度2.6 m 以下，非凍土，含水率為10.2%。各土層詳細的物理和力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 邊坡土體物理和力學(xué)參數(shù)

2 邊坡坡度為45°邊坡穩(wěn)定性計算

運用Plaxis 軟件進行塑性計算時，土體破壞，未計算成功，為了計算出邊坡土體的安全系數(shù)，增加一倍的邊坡土體抗剪強度，然后運用折減分析計算出邊坡土體的Fs=1.612/2=0.806，未能獲得邊坡塑性點分布圖，由此說明邊坡坡度為45°時，邊坡很不穩(wěn)定，極易發(fā)生失穩(wěn)破壞。

3 邊坡坡度為35°邊坡穩(wěn)定性計算

運用Plaxis 軟件進行折減分析計算出邊坡土體的Fs=1.864/2=0.932。為邊坡坡度35°時邊坡塑性點分布。由此說明邊坡坡度為35°時，邊坡很不穩(wěn)定，容易發(fā)生失穩(wěn)破壞。

4 邊坡坡度為30°邊坡穩(wěn)定性計算

運用Plaxis 軟件進行折減分析計算出邊坡土體的Fs=1.032。為邊坡坡度30°時邊坡塑性點分布。由此說明邊坡坡度為30°時，邊坡在春融期穩(wěn)定性不足，可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

5 邊坡坡度為26.5°邊坡穩(wěn)定性計算

運用Plaxis 軟件進行折減分析計算出邊坡土體的Fs=1.127。如圖1 所示為邊坡坡度26.5°時邊坡塑性點分布圖。由此說明邊坡坡度為26.5°時，邊坡在春融期穩(wěn)定性比較好，但是仍有發(fā)生失穩(wěn)破壞的可能性。

圖1 邊坡坡度與安全系數(shù)關(guān)系曲線

運用Plaxis 軟件對45°、35°、30°和26.5°四種邊坡坡度的邊坡安全系數(shù)進行分析計算，其結(jié)果與理論計算得到的結(jié)果基本吻合，這說明Plaxis 這種計算方法用來計算邊坡穩(wěn)定性是可行的。數(shù)值模擬得到的安全系數(shù)值略大于理論計算數(shù)值大約10%左右，這是因為運用瑞典條分法進行理論計算時，未考慮土條間的相互作用，其計算數(shù)值偏小。同時，由圖6 可以看出，隨著邊坡坡度的增加，邊坡安全系數(shù)在不斷減小。

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