1 前 言

巖質(zhì)邊坡工程的穩(wěn)定分析歷來是工程界和學(xué)術(shù)界最為關(guān)注的重大課題，由于實際巖體中含有大量不同構(gòu)造、產(chǎn)狀和特性的不連續(xù)結(jié)構(gòu)面(比如層面節(jié)理裂隙軟弱夾層巖脈和斷層破碎帶等)，這就給巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析帶來了巨大的困難。目前對邊坡的穩(wěn)定分析大多是運用極限平衡法和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析，采用這樣的分析方法，其評價結(jié)論往往與實際情況相差很遠?；诖朔N情況，本文運用巖土工程中的專業(yè)軟件Midas GTS采用有限元強度折減法對含有軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行分析。

2 基于擬靜力法的有限元強度折減系數(shù)法

在有限元靜力穩(wěn)態(tài)計算中，如果模型為不穩(wěn)定狀態(tài)，有限元計算將不收斂，基于此原理，在非線性有限元邊坡穩(wěn)定性分析中，通過降低結(jié)構(gòu)面的強度(粘聚力和內(nèi)摩擦角)，使系統(tǒng)達到不穩(wěn)定狀態(tài)，有限元靜力計算將不收斂，此時的折減系數(shù)就是邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。在強度折減法計算過程中，把土體粘聚力和內(nèi)摩擦角按如下公式進行折減【1-4】:

在有限元計算中，目前廣泛采用的理想彈塑性模型是摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則，即:，式中I1，θσ，J2依次為應(yīng)力張量的第1不變量、洛德(Lode)角和應(yīng)力偏量的第2不變量;c、分別為巖土的粘聚力和內(nèi)摩擦角。

3 數(shù)值模擬

3.1 單元及邊界條件選取

本小結(jié)采用的數(shù)值模擬模型為一個坡高為20m的軟巖巖質(zhì)邊坡，存在一條長度為15m的非貫通軟弱結(jié)構(gòu)面。

數(shù)值模擬時的材料視為理想彈塑性材料，采用摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則，邊界條件為左右兩側(cè)水平約束，下部固定，上部為自由邊界。邊界大小應(yīng)該計算的精度要求，本算例采用計算邊界為:坡腳到左端邊界的距離為坡高的1.5倍，坡頂?shù)接叶诉吔绲木嚯x為坡高的2.5倍，上下邊界總高度為坡高2倍。

表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)

3.2 安全系數(shù)計算

A.巖質(zhì)邊坡坡度為45°，軟弱結(jié)構(gòu)面與水平面夾角分別為15°、30°、45°、60°、75°。

圖1 等效塑性區(qū)云圖

B.軟弱結(jié)構(gòu)面與水平面夾角為 30°，巖質(zhì)邊坡坡度為 30°、45°、60°、75°。

根據(jù)有限元軟件計算可知邊坡安全安全系數(shù)分別為2.4375、1.8625、1.5375、1.2875。

4 結(jié)束語

(1)對于含有軟弱夾層的巖質(zhì)邊坡，軟弱夾層對邊坡穩(wěn)定性起著很大的影響，有無軟弱夾層的巖質(zhì)邊坡安全系數(shù)最多降低18.3%。

(2)含有軟弱夾層的巖質(zhì)邊坡，軟弱夾層的走向?qū)吰路€(wěn)定系數(shù)的影響很大，計算表明當(dāng)軟弱夾層與水平面的夾角越接近巖體的內(nèi)摩擦角時，巖質(zhì)邊坡安全系數(shù)就越小。

(3)通過計算比較分析，當(dāng)軟弱夾層與水平面夾角不變時，巖質(zhì)邊坡坡度越大，邊坡安全系數(shù)越小。

[1]趙尚毅，鄭穎人，時衛(wèi)民，等.用有限元強度折減法求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)[J].巖土工程學(xué)報，2002，24(3):343 ～346.

[2]趙尚毅，鄭穎人，鄧衛(wèi)東.用有限元強度折減法進行節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖土工程學(xué)報，2003，22(2):254 ～256.

[3]高峰，李俊.地震作用下滑坡的穩(wěn)定性分析及治理[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報，2011，30(1).

[4]鄭穎人，趙尚毅.有限元強度折減法在土坡與巖坡的運用[J].巖土工程學(xué)報，2002，24(3):343 ～346.