謝　龍，周海霞，王　威，陳　晴，徐　晨

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017；2.中交二公局萌興工程有限公司,湖北 宜昌 443000）

軟土地基上邊坡穩(wěn)定數(shù)值模擬分析

謝龍1，周海霞2，王威1，陳晴1，徐晨1

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017；2.中交二公局萌興工程有限公司,湖北 宜昌 443000）

文章借助Plaxis計算軟件的動力模塊，結(jié)合江蘇省連云港某沿海高速公路工程，對軟土地基上邊坡穩(wěn)定性進行了詳細的研究分析。研究結(jié)論表明：邊坡的開挖與堆載會導致公路路基孔隙水壓力瞬時變形從而引起側(cè)向位移，嚴重影響公路邊坡安全穩(wěn)定，且位移區(qū)域基本位于軟土和表層土區(qū)域。

軟土地基；邊坡穩(wěn)定；Plaxis軟件；承載力；水平位移

隨著現(xiàn)代工業(yè)化浪潮以及交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，交通用地日趨緊張，越來越多的交通工程項目選擇在了承載力較差的軟土地基上。在以往的工程經(jīng)驗中，常常出現(xiàn)因為軟土地基承載能力缺陷而導致的土體變形與不均勻沉降，進而導致結(jié)構(gòu)物、承載樁臺的變形與裂縫，影響工程的穩(wěn)定運行和正常使用。據(jù)統(tǒng)計，近幾年我國國內(nèi)就已經(jīng)發(fā)生過多次因軟土地基邊坡失穩(wěn)而引起的工程質(zhì)量事故，造成了重大的人員傷亡與經(jīng)濟損失，可見就軟土地基的特性，對邊坡受力展開分析，提出科學合理的保證邊坡穩(wěn)定的工程措施具有十分重要的研究意義［1-5］。

1　工程概況

本工程選擇江蘇省連云港某沿海高速公路作為研究對象，該高速公路位于江蘇連云港市板橋鎮(zhèn)，燒香河北岸，西距G25長深高速公路2.5 km，北離G30連霍高速公路1.6 km，河對面是S242云港線，交通十分便利。

2　數(shù)學模型建立

綜合考慮到模型適用性、模型計算精度等問題，本文通過Plaxis計算軟件的動力模塊來建立研究對象的三維模型。

2.1計算原理

（1）土體單元連續(xù)方程

根據(jù)有限元理論，可將該工程邊坡土體單元連續(xù)方程描述為：

（2）x方向動量方程

（3）y方向動量方程

（4）初始條件

對于給定的研究域，在時間t=0時有

式中：h0、r0、s0分別為初始時刻的地面高程、軸向應力和切向應力。

2.2網(wǎng)格劃分［6-8］

材料參數(shù)賦予相應類組后，在生成模型網(wǎng)格之前應設置標準固定邊界來模擬實際情況下對邊界土體的限制作用，靠近打樁側(cè)邊界還應設置標準吸收邊界以避免振動波反射的影響，樁體和土體之間還應設置模擬相互作用的界面單元。工程邊坡網(wǎng)格劃分情況見圖1。

圖1　邊坡Plaxis數(shù)模網(wǎng)格劃分示意圖

3　數(shù)值模擬結(jié)果分析［9-13］

模擬項目工程在施工中堆載、邊坡開挖過程，這兩個工序工程中邊坡斷面水平位移分布狀況，以及整個過程中邊坡斷面水平位移分布狀況如圖2~圖4所示。

圖2　邊坡在堆載期間累計水平位移計算結(jié)果云圖

圖3　邊坡在邊坡開挖期間內(nèi)累計水平位移計算結(jié)果云圖

圖4　邊坡在施工期內(nèi)累計水平位移計算結(jié)果云圖

對比圖3、圖4可知，在堆載過程中，邊坡體水平位移已經(jīng)達到了120 mm，在邊坡開挖破壞了土體結(jié)構(gòu)后，變形就明顯傾向于迎水面?zhèn)劝l(fā)展，并連鎖導致邊坡與樁基的變形甚至移位，降低了邊坡的穩(wěn)定性。分析圖5可知，在整個施工期內(nèi)，研究工程邊坡受對岸陸域大堆積荷載的作用，最大累計水平位移有240 mm，產(chǎn)生水平位移最大的區(qū)域主要分布在碼頭岸坡地基中的淤泥層，并隨著深度增加、土質(zhì)變好、土質(zhì)理化性能增強而逐漸減小。

施工過程中，工程邊坡斷面3 m深與10 m深的土體側(cè)向位移如圖5、圖6所示。

圖5　3 m深土層土體側(cè)向位移

結(jié)合研究工程實際土質(zhì)情況以及邊坡斷面不同深度土體位移情況，可得到以下結(jié)論：

（1）邊坡土體側(cè)向位移主要發(fā)生在0~-7 m的軟土層區(qū)域，而-12 m以下的粉土層和粉砂層的力學性能較好，基本沒有側(cè)向位移。同時，土體深度越大，受施工影響產(chǎn)生的土體側(cè)向位移就越小。

（2）分析對比圖5與圖6，可見斷面上各不同深度的土體單元在施工后的任一時間，其側(cè)向位移的方向都是朝向海側(cè)，即迎水面方向移動的，這主要是因為迎水面這一側(cè)土體含水量大，土體力學性能較差，結(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定，因此這側(cè)的土體

容易滑動側(cè)移，導致整個邊坡結(jié)構(gòu)土體朝迎水面移動。

圖6　10 m深土層土體側(cè)向位移

4　結(jié)論

本文結(jié)合Plaxis計算軟件的動力模塊，對江蘇省連云港某沿海高速公路的邊坡穩(wěn)定情況作了系統(tǒng)的研究，得出以下結(jié)論：

（1）邊坡開挖以及堆載過程都會導致邊坡孔隙水壓力產(chǎn)生重大變化，從而導致工程邊坡產(chǎn)生較大的水平位移，影響邊坡穩(wěn)定以及高速公路的穩(wěn)定運行。

（2）通過同一斷面不同深度土層側(cè)向位移隨施工期時間的對比，可發(fā)現(xiàn)邊坡土體側(cè)向位移主要發(fā)生在0~-7 m的軟土層區(qū)域，而-12 m以下的粉土層和粉砂層的力學性能較好，基本沒有側(cè)向位移。土體深度越大，受施工影響產(chǎn)生的土體側(cè)向位移就越小。同時，整個邊坡位移都傾向沿海側(cè)。

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Numerical Simulation Analysis of Slope Stability of Soft Soil Foundation

Xie Long1，Zhou Haixia2,Wang Wei1,Chen Qing1,Xv Chen1
（1. JSTI Group, Nanjing 210017, China; 2. CCCC Second Department of Hing Engineering Co., LTD., Yichang 443000, China）

Combined with a certain coastal highway project in Lianyungang city, this paper analyzed slope stability of soft soil foundation by using the calculation software Plaxis power module. The results indicated that excavation and heaped load would lead to instantaneous deformation of pore water pressure for highway subgrade, and result in lateral displacement, which would seriously affect security and stability of highway slope. The displacement occurred basically in soft soil and topsoil region.

soft soil foundation; slope stability; plaxis software; bearing capacity; horizontal displacement

U416.14

B

1672-9889（2015）04-0028-02

國家自然科學基金（項目編號：50879006）

謝龍（1988-），男，江西贛州人，碩士研究生，主要從事港口、海岸工程模擬技術的研究工作。

（2014-09-04）