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        不同計算方法在公路邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

        2021-09-10 03:04:16張健升
        交通科技與管理 2021年10期
        關(guān)鍵詞:邊坡穩(wěn)定性公路

        張健升

        摘 要:在公路工程建設(shè)中,不可避免的會遇到大量的邊坡問題,如果其穩(wěn)定性不足出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象,會帶來安全事故和經(jīng)濟損失。因此,在公路建設(shè)過程中如何對邊坡進(jìn)行處治是一項重要的工作,而對其穩(wěn)定性進(jìn)行計算是首要工作。本文探討了邊坡失穩(wěn)的原因以及其破壞形態(tài),并對邊坡穩(wěn)定性計算常用的方法進(jìn)行了研究。

        關(guān)鍵詞:公路;邊坡;穩(wěn)定性;研究

        0 引言

        近年來隨著我國的基礎(chǔ)交通設(shè)施建設(shè)步伐的逐步推進(jìn),在公路工程建設(shè)領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展,尤其是在西部地區(qū),交通路網(wǎng)在不斷的完善。但是,由于我國山區(qū)眾多,尤其是在西部地區(qū),導(dǎo)致在公路建設(shè)過程中會遇到很多的邊坡問題。如果不進(jìn)行邊坡的處治,裸露的邊坡在外界因素的影響下可能就會出現(xiàn)病害,進(jìn)而影響邊坡的穩(wěn)定性,對公路的安全造成影響。因此,在進(jìn)行公路工程建設(shè)過程中,對邊坡的穩(wěn)定性一定要深入的進(jìn)行計算,保證公路工程的整體建設(shè)水平。

        1 公路邊坡失穩(wěn)原因及破壞形態(tài)

        1.1 公路邊坡失穩(wěn)原因

        公路邊坡失穩(wěn)的原因有很多種,基本上都與地址條件以及地形地貌有直接關(guān)系,主要有以下幾方面的因素:(1)邊坡巖土體節(jié)理較為發(fā)育,加上風(fēng)化作用的影響,導(dǎo)致巖土體的各項物理力學(xué)指標(biāo)下降,強度大幅度降低;(2)對邊坡巖土體性質(zhì)分析不夠深入,開挖邊坡時坡比設(shè)置過大;(3)邊坡開挖完成之后為未時進(jìn)行防護(hù),坡面長期暴露,在外界因素的持續(xù)影響下發(fā)生失穩(wěn);(4)發(fā)生降雨之后雨水沿著坡面滲入邊坡內(nèi)部,首先會導(dǎo)致邊坡巖土體的自重變大,邊坡的下滑力變大,其次會對其造成軟化,降低了抗滑力。

        1.2 公路邊坡常見的破壞形式

        公路邊坡常見的破壞形式有三種,即滑坡、崩塌以及坍塌[1]?;率沁吰碌牟糠制麦w沿著坡體內(nèi)部的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生的整體滑動現(xiàn)象,破壞能力強的特點;崩塌是邊坡的部分土體受到外界因素的長期影響,自邊坡上方崩落,其最大的特點是具有突發(fā)性;坍塌通常發(fā)生在坡比較大的邊坡上,是邊坡頂部表面的松散土體在自重影響下突然的失穩(wěn)現(xiàn)象。

        2 邊坡穩(wěn)定性計算方法研究

        邊坡的穩(wěn)定性計算是一個定量計算的過程,其根本原理是通過對下滑力以及抗滑力進(jìn)行計算,并根據(jù)兩者之間的比值來判斷邊坡的穩(wěn)定性。常用的邊坡穩(wěn)定性計算方法分為極限平衡法和有限元法兩種,其中極限平衡法根據(jù)假設(shè)條件的不同可分為許多種,如表1所示,導(dǎo)致了每種方法的計算結(jié)果以及精度均有所差異[2]。

        2.1 極限平衡法

        極限平衡法建立在剛性極限平衡理論的基礎(chǔ)上,假設(shè)邊坡出現(xiàn)沿著滑動面的剛性滑動。其計算過程是建立在Mohr-Coulomb強度準(zhǔn)則之上的,通過對滑動范圍內(nèi)的邊坡巖土體進(jìn)行劃分,將其分為若干小塊體,然后針對每個塊體建立其力學(xué)平衡方程,根據(jù)此方程計算出抗滑力與下滑力之間的比值,即穩(wěn)定系數(shù)。本文主要對瑞典條分法、簡化Bishop法以及Janbu法進(jìn)行分析研究。

        2.1.1 瑞典條分法

        瑞典條分法是建立在瑞典圓弧法的基礎(chǔ)之上的,其計算原理是將滑動面以上的土體劃分為單個的剛性條塊,在極限平衡狀態(tài)下對土條上的力進(jìn)行定量計算,進(jìn)而得到安全系數(shù)。瑞典條分法是建立在土條之間無相互作用力,也不受孔隙水壓力影響的假設(shè)之上的,因此其計算量小、原理簡單,但是計算得到的安全系數(shù)相對偏小、趨于保守,是極限平衡法之中最簡單實用的一種方法[3]。

        2.1.2 簡化Bishop法

        簡化Bishop法是建立在瑞典條分法的基礎(chǔ)之上的,與瑞典條分法不同的是這種方法考慮了土條之間的作用力,彌補了瑞典條分法的不足。這種方法假設(shè)滑動面為圓弧形狀,單個土條在滑動面上的安全系數(shù)與全部滑動面上平均安全系數(shù)相同。出于計算方便的目的,這種計算方法只考慮了各土條之間的水平向力,未考慮切向力。簡化Bishop法由于計算簡便而得到了廣泛的應(yīng)用,但是只適用于圓弧滑動面的均勻土質(zhì)邊坡,不適用于存在夾層的邊坡穩(wěn)定性計算。

        2.1.3 Janbu法

        Janbu法適用于滑動面為非圓弧形狀的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計算,這種方法建立在土條安全系數(shù)與邊坡一致,推力線位置確定的假設(shè)條件之上。建立土條的彎矩平衡方程,而且還要滿足土條上的靜力平衡條件,通過迭代計算找到最危險滑動面,取該滑動面的安全系數(shù)為邊坡的安全系數(shù),這種計算方法相對而言比較復(fù)雜,但是結(jié)果最為精確。

        2.2 有限元法

        有限元法能夠?qū)Σ灰?guī)則形狀以及非均勻巖土體邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算,而且還可以使邊坡土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與其本構(gòu)關(guān)系相吻合,可以嚴(yán)格的按照平衡方程對邊坡的受力情況進(jìn)行分析計算,本文對其中三種有限元法進(jìn)行研究。非線性有限元法能夠?qū)吰碌淖冃渭皯?yīng)力進(jìn)行計算,可對邊坡的破壞過程進(jìn)行模擬與預(yù)測,但是這種方法不能夠定量計算出邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)?;衙鎽?yīng)力分析法旨在通過對滑動面的應(yīng)力采用有限元進(jìn)行分析,計算出單元應(yīng)力并結(jié)合力平衡方程算出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。強度折減法是通過對安全系數(shù)進(jìn)行試算,使邊坡達(dá)到破壞狀態(tài)為止,此時的安全系數(shù)即為邊坡穩(wěn)定系數(shù),該方法不需要進(jìn)行滑動面假設(shè)與坡體分條,是以土的本構(gòu)關(guān)系以及土體和支擋結(jié)構(gòu)的作用關(guān)系為基礎(chǔ)的。該方法的計算過程如下:首先假定一個安全系數(shù),將邊坡土體的強度參數(shù),即粘聚力與內(nèi)摩擦角除以這個安全系數(shù),先進(jìn)性試算,若邊坡未達(dá)到極限平衡狀態(tài)時,再假定其他的安全系數(shù)重復(fù)上述過程,直至邊坡達(dá)到極限平衡狀態(tài)。

        3 結(jié)語

        邊坡是公路工程建設(shè)中一個常見的問題,在公路工程建設(shè)中如何對邊坡進(jìn)行處治,對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評價是一項關(guān)鍵工作,其首要工作就是計算邊坡的穩(wěn)定性。現(xiàn)階段對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量計算主要采用極限平衡法以及有限元法進(jìn)行,其中極限平衡法是建立在諸多假設(shè)條件之上的,計算簡單、精度上有所欠缺,但足以滿足工程建設(shè)的需求。有限元法的計算精度高,但是相對而言較為復(fù)雜。因此,在實際應(yīng)用中需要根據(jù)不同的需求選擇相對應(yīng)的計算方法。

        參考文獻(xiàn):

        [1]彭勇,潘瑞.公路邊坡穩(wěn)定性影響因素分析[J].工程技術(shù)研究,2020(11):242-243.

        [2]趙婷,王暢.邊坡穩(wěn)定性分析方法及工程應(yīng)用研究進(jìn)展[J].水利水電科技,2019(5):196-203.

        [3]肖迎春,周宗紅,等.瑞典條分法在公路邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2015(4):60-62.

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