謝　龍，周海霞，王　威，陳　晴，徐　晨

（1.蘇交科集團(tuán)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(tuán)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(jì)算軟件的動(dòng)力模塊，結(jié)合江蘇省連云港某沿海高速公路工程，對(duì)軟土地基上邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析。研究結(jié)論表明：邊坡的開(kāi)挖與堆載會(huì)導(dǎo)致公路路基孔隙水壓力瞬時(shí)變形從而引起側(cè)向位移，嚴(yán)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(lái)越多的交通工程項(xiàng)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(yàn)中，常常出現(xiàn)因?yàn)檐浲恋鼗休d能力缺陷而導(dǎo)致的土體變形與不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物、承載樁臺(tái)的變形與裂縫，影響工程的穩(wěn)定運(yùn)行和正常使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年我國(guó)國(guó)內(nèi)就已經(jīng)發(fā)生過(guò)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(jì)損失，可見(jiàn)就軟土地基的特性，對(duì)邊坡受力展開(kāi)分析，提出科學(xué)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(duì)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(zhǎng)深高速公路2.5 km，北離G30連霍高速公路1.6 km，河對(duì)面是S242云港線，交通十分便利。

2　數(shù)學(xué)模型建立

綜合考慮到模型適用性、模型計(jì)算精度等問(wèn)題，本文通過(guò)Plaxis計(jì)算軟件的動(dòng)力模塊來(lái)建立研究對(duì)象的三維模型。

2.1計(jì)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(dòng)量方程

（3）y方向動(dòng)量方程

（4）初始條件

對(duì)于給定的研究域，在時(shí)間t=0時(shí)有

式中：h0、r0、s0分別為初始時(shí)刻的地面高程、軸向應(yīng)力和切向應(yīng)力。

2.2網(wǎng)格劃分［6-8］

材料參數(shù)賦予相應(yīng)類組后，在生成模型網(wǎng)格之前應(yīng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)固定邊界來(lái)模擬實(shí)際情況下對(duì)邊界土體的限制作用，靠近打樁側(cè)邊界還應(yīng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)吸收邊界以避免振動(dòng)波反射的影響，樁體和土體之間還應(yīng)設(shè)置模擬相互作用的界面單元。工程邊坡網(wǎng)格劃分情況見(jiàn)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(xiàng)目工程在施工中堆載、邊坡開(kāi)挖過(guò)程，這兩個(gè)工序工程中邊坡斷面水平位移分布狀況，以及整個(gè)過(guò)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(jì)水平位移計(jì)算結(jié)果云圖

圖3　邊坡在邊坡開(kāi)挖期間內(nèi)累計(jì)水平位移計(jì)算結(jié)果云圖

圖4　邊坡在施工期內(nèi)累計(jì)水平位移計(jì)算結(jié)果云圖

對(duì)比圖3、圖4可知，在堆載過(guò)程中，邊坡體水平位移已經(jīng)達(dá)到了120 mm，在邊坡開(kāi)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(dǎo)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(gè)施工期內(nèi)，研究工程邊坡受對(duì)岸陸域大堆積荷載的作用，最大累計(jì)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(qiáng)而逐漸減小。

施工過(guò)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(shí)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(xué)性能較好，基本沒(méi)有側(cè)向位移。同時(shí)，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(duì)比圖5與圖6，可見(jiàn)斷面上各不同深度的土體單元在施工后的任一時(shí)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(dòng)的，這主要是因?yàn)橛孢@一側(cè)土體含水量大，土體力學(xué)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(dòng)側(cè)移，導(dǎo)致整個(gè)邊坡結(jié)構(gòu)土體朝迎水面移動(dòng)。

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(jì)算軟件的動(dòng)力模塊，對(duì)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(kāi)挖以及堆載過(guò)程都會(huì)導(dǎo)致邊坡孔隙水壓力產(chǎn)生重大變化，從而導(dǎo)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(yùn)行。

（2）通過(guò)同一斷面不同深度土層側(cè)向位移隨施工期時(shí)間的對(duì)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(xué)性能較好，基本沒(méi)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(shí)，整個(gè)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(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：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(shù)的研究工作。

（2014-09-04）