關(guān)曉迪，秦澤軒,2*

(1.西安理工大學(xué)巖土工程研究所，陜西 西安 710048;2.河南安鋼澤眾冶金設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450003)

織物袋作為生態(tài)環(huán)保型護(hù)坡材料，具有抗老化、抗紫外線、無毒、不降解、百分之百可回收的特點(diǎn)，它的孔徑可提高過濾作用以防止土體顆粒進(jìn)入產(chǎn)生淤堵[1]。織物袋在國外應(yīng)用較廣，在公路、鐵路邊坡防護(hù)，湖岸和河岸砌護(hù)，水庫迎水坡防沖等領(lǐng)域均有涉及[2-8]；在國內(nèi)，其主要應(yīng)用于公路、鐵路、水利工程及環(huán)保工程建設(shè)，引水渠的防滲等，但還處在探索階段，因此，對(duì)邊坡支護(hù)的理論研究及工程建設(shè)均具有十分重要的意義。

目前，許多學(xué)者通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬，對(duì)織物袋支護(hù)的邊坡變形及破壞進(jìn)行了大量的研究[9]。王偉等[10]介紹了土工織物袋充填沙筑堤施工工藝和方法，總結(jié)了其相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和控制措施以期為實(shí)際工程服務(wù)。梁靜等[11]通過定水頭沖刷模型試驗(yàn)，對(duì)沖刷前后土工織物的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用拉伸強(qiáng)度作為材料抗沖刷性能較為合理。高霞等[12]通過分析陜西秦巴山區(qū)織物袋筑坎梯田田坎坎高、坎坡與穩(wěn)定性之間的關(guān)系，明晰了田坎坡度越大，適宜的坎高越低，反之則越高的規(guī)律。Plaut等[13]考慮土工袋在完成充填后，袋內(nèi)土體會(huì)產(chǎn)生上下分層現(xiàn)象，同時(shí)考慮摩擦效應(yīng)對(duì)土工袋袋體的影響。王艷巧等[14]通過模型試驗(yàn)，對(duì)細(xì)砂、粗砂和壤土3種填料的土工袋進(jìn)行激振試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土工袋是一種很好的減震構(gòu)造且與袋內(nèi)填料關(guān)系不大，且研究了減震效果受土工袋的層數(shù)與排列方式的影響。Tantono[15]通過對(duì)袋體與填料不同的接觸關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了豎向應(yīng)力作用下土工袋的承載特性。李卓等[16]通過開展土工袋和土在凍融循環(huán)作用下的模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了土工袋的凍脹量和融沉量均小于土凍脹量和融沉量，證明了土工袋可以有效地防止結(jié)構(gòu)凍融、凍脹破壞。邱長林等[17]發(fā)現(xiàn)粉土在砂袋填充過程中形成重度不均勻的泥漿，根據(jù)不均勻重度對(duì)土工袋填充形狀及力學(xué)特性的影響，建立了土工袋的變形方程，并利用數(shù)值方法進(jìn)行驗(yàn)證。劉斯宏等[18]通過對(duì)土工袋的循環(huán)剪切試驗(yàn)，得到其應(yīng)力應(yīng)變滯回圈，依據(jù)等效阻尼比遠(yuǎn)大于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得出土工袋減震效果良好。鄭建壯等[19]運(yùn)用土工袋填土圍堰技術(shù)，治理錢塘江河口海塘工程，從其結(jié)構(gòu)與布置、施工方法、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面證明土工袋的可行性。黃小元[20]提出土工格柵包裹土工袋復(fù)合加筋結(jié)構(gòu)，通過單軸壓縮試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和數(shù)值分析探討其承載性能和工程應(yīng)用，證明返包土工袋加筋擋土墻支護(hù)效果遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)土工袋擋土墻，并且可以抑制墻后土體的破壞變形。鄭斌[21]提出了一種連接式土工袋擋土墻，通過設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究了連接式土工袋擋土墻的破壞形態(tài)，并運(yùn)用三維土工袋加固機(jī)理進(jìn)行闡述。值得注意的是，上述研究成果主要針對(duì)一級(jí)邊坡支護(hù)機(jī)理進(jìn)行相關(guān)分析，取得了有益的進(jìn)展，而對(duì)多級(jí)邊坡研究較少，且目前國內(nèi)外大多模型試驗(yàn)的加載方式是側(cè)向水平加載或者豎向加載，無法真實(shí)地模擬邊坡實(shí)際變形特征并且功能單一?；谝陨蠁栴}，設(shè)計(jì)了一種新型加載方式的模型箱，采用側(cè)向非均勻加載方式最大程度地還原了邊坡實(shí)際變形特征，即邊坡側(cè)向變形過程中上部位移大、下部位移小的特點(diǎn)。

基于此，本文通過室內(nèi)模型試驗(yàn)，結(jié)合有限元數(shù)值模擬，對(duì)織物袋擋墻支護(hù)下二級(jí)邊坡在側(cè)向非均勻加載條件下的位移及土壓力進(jìn)行了研究，分析破壞模式并對(duì)其承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期獲得規(guī)律性認(rèn)識(shí)，為今后的理論研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

以坡高普遍在2 m以內(nèi)的陜南梯田為原型，將原型與模型邊坡的幾何相似比設(shè)定Cl=4，基于相似定理，推導(dǎo)出原型與模型土樣密度相似比Cρ=1，重力加速度相似比尺Cg=1，最終建立了室內(nèi)縮尺模型邊坡。模型采用二級(jí)黃土邊坡，模型邊坡尺寸為202 cm×64 cm×110 cm，黃土的物性指標(biāo)見表1。

表1 黃土的物性指標(biāo)

模型試驗(yàn)用的織物袋尺寸為11.0 cm×20.5 cm，填充大約袋體體積的80%，織物袋實(shí)物見圖1a，填充完成后用塑料扎帶封口并壓實(shí)。為了較為真實(shí)地還原實(shí)際工程，層間織物袋采用連結(jié)扣聯(lián)結(jié)見圖1b，連接扣使用圖釘和木板來代替[22]，尺寸為10.0 cm×4.0 cm×1.5 cm。

a)織物袋

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備主要采用側(cè)向非均勻加載邊坡模型箱見圖2，側(cè)向非均勻加載系統(tǒng)中的側(cè)壓板的下端與模型箱底部鉸接，上端左側(cè)鉸接于油缸活塞，工作機(jī)理為：液壓設(shè)備推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞推動(dòng)側(cè)壓板，使其以下端連桿支座為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在加載過程中以二級(jí)邊坡左側(cè)底腳為軸，側(cè)向非均勻加載側(cè)壓板頂部每級(jí)位移推進(jìn)5 cm，共推進(jìn)6級(jí)位移30 cm，每級(jí)加載結(jié)束記錄一次位移及土壓力。通過側(cè)向非均勻加載較真實(shí)地模擬了現(xiàn)實(shí)情況下，上部滑坡對(duì)下方邊坡、梯田、河堤、路堤等的推動(dòng)作用，還原了下方邊坡受到上部滑坡推動(dòng)后的實(shí)際變形特征，即側(cè)向變形過程中上部位移大、下部位移小的特點(diǎn)，如二級(jí)梯田，坡高較低，田面種植農(nóng)作物，當(dāng)受到側(cè)向力時(shí)發(fā)生變形破壞。

a)非均勻加載裝置

1.3 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)以坡比1.0∶0.5的邊坡為研究對(duì)象，通過側(cè)向非均勻加載系統(tǒng)，開展了3種支護(hù)條件下邊坡的側(cè)向加載模型試驗(yàn)。傳感器埋設(shè)位置見圖3，Pn、An分別表示土壓力盒和位移傳感器。試驗(yàn)過程中，側(cè)向非均勻加載側(cè)壓板頂部共推進(jìn)6級(jí)位移，每級(jí)位移推進(jìn)5 cm。

a)單坎型

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象分析

圖4為單坎型支護(hù)邊坡的試驗(yàn)現(xiàn)象。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，在靠近二級(jí)邊坡坡面的位置處產(chǎn)生多條微裂隙，二級(jí)邊坡坡腳處產(chǎn)生約3 cm的裂縫，距坡腳約18 cm處產(chǎn)生約5 cm的裂縫；第二級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡腳處的裂縫往上延伸至12 cm，距坡腳18 cm處裂縫延伸至15 cm，一級(jí)邊坡開始出現(xiàn)多條微裂隙且距坡腳21 cm處出現(xiàn)7 cm裂縫；第三級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡距坡腳18 cm處裂縫延伸至27 cm，一級(jí)邊坡距坡腳21 cm處裂縫延伸至約15 cm；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，產(chǎn)生貫通裂縫，由圖釘示蹤點(diǎn)可看出貫通裂縫上下相鄰的圖釘間發(fā)生錯(cuò)位，二級(jí)邊坡距坡腳18 cm處和一級(jí)邊坡距坡腳21 cm處出現(xiàn)明顯的剪出口；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，坡體破壞程度加劇，且二級(jí)邊坡比一級(jí)邊坡破壞程度大，且二級(jí)邊坡坡頂?shù)淖冃巫畲螅屑s2.7 cm的拱起。

a)側(cè)向變形

圖5為L坎型支護(hù)邊坡的試驗(yàn)現(xiàn)象。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，在靠近二級(jí)邊坡坡面的位置處產(chǎn)生多條微裂隙，二級(jí)邊坡坡腳即第一排豎向埋置的織物袋處產(chǎn)生約3 cm的裂縫；第二級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡腳處的裂縫往上延伸至9 cm，一級(jí)邊坡距坡腳17 cm和32 cm，即第二、三排豎向埋置的織物袋處產(chǎn)生約5 cm的裂縫；第三級(jí)側(cè)推位移施加后，二級(jí)邊坡坡腳處裂縫延伸至約20 cm，一級(jí)邊坡距坡腳17 cm處裂縫延伸至約10 cm；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，產(chǎn)生貫通裂縫；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，坡頂出現(xiàn)約3.3 cm的拱起，豎向埋置的織物袋處出現(xiàn)裂縫。不同于單坎型支護(hù)，豎向埋置的織物袋增加了與土體的摩擦和擋墻自重，支護(hù)效果增強(qiáng)，使二級(jí)邊坡中部無裂縫產(chǎn)生，僅從坡腳處延伸發(fā)展，一級(jí)邊坡裂縫由第二排豎向埋置的織物袋處延伸發(fā)展。

a)側(cè)向變形

圖6為反坡L坎型支護(hù)邊坡的試驗(yàn)現(xiàn)象。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，靠近二級(jí)邊坡坡面的位置產(chǎn)生多條微裂隙，二級(jí)邊坡第二排豎向埋置的織物袋處產(chǎn)生約2 cm的裂縫；第二級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡第二排豎向埋置的織物袋處裂縫向第三排豎向埋置的織物袋處延伸，一級(jí)邊坡距坡腳13 cm和25 cm，即第二、三排豎向埋置的織物袋處產(chǎn)生約4 cm的裂縫；第三級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡裂縫延伸至約22 cm，一級(jí)邊坡距坡腳13 cm處裂縫延伸至約10 cm；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，產(chǎn)生貫通裂縫，二級(jí)邊坡裂縫發(fā)展到3 cm寬，一級(jí)邊坡裂縫達(dá)2 cm寬，且坡頂出現(xiàn)約4.3 cm的拱起。不同于單坎型和L坎型支護(hù)，由于織物袋袋體傾斜，最上層織物袋用土覆蓋夯實(shí)，大大增強(qiáng)了抗滑動(dòng)、抗轉(zhuǎn)動(dòng)和抗鼓肚能力，穩(wěn)定性和支護(hù)效果增強(qiáng)，使二級(jí)邊坡中部無裂縫產(chǎn)生，僅從坡腳處延伸發(fā)展。

上述分析說明：二級(jí)邊坡為滑動(dòng)型破壞，且二級(jí)邊坡的破壞程度更嚴(yán)重，裂縫均產(chǎn)生于坡腳和距坡腳1/3～1/2高度處；L坎型和反坡L坎型支護(hù)下坡頂拱起高度較單坎型分別增大22.2%和59.3%。

a)側(cè)向變形

2.2 坡體水平位移分析

圖7為單坎型支護(hù)邊坡的水平位移。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡頂處位移達(dá)到最大值為5.2 cm，一級(jí)邊坡坡頂位移僅0.6 cm，側(cè)向變形很小；前四級(jí)側(cè)推位移過程中，水平位移的增幅較為均衡，二級(jí)邊坡坡頂增量約3.6 cm，二級(jí)邊坡坡腳位移增量約2.8 cm，一級(jí)邊坡坡頂位移增量約2.1 cm；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，邊坡發(fā)生破壞，位移增量顯著變大，二級(jí)邊坡坡頂位移19.8 cm，坡腳位移13.4 cm，一級(jí)邊坡坡頂位移9.1 cm；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡頂處側(cè)向變形為22.2 cm。

圖8為L坎型支護(hù)邊坡的水平位移。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡頂處位移最大為4.6 cm，一級(jí)邊坡坡頂處位移僅0.4 cm，側(cè)向變形很?。磺八募?jí)側(cè)推位移過程中，水平位移的增幅較為均衡，二級(jí)邊坡坡頂增量約3.1 cm，二級(jí)邊坡坡腳位移增量約2.7 cm，一級(jí)邊坡坡頂位移增量約1.8 cm；與單坎型支護(hù)不同，第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)邊坡破壞，二級(jí)邊坡坡頂位移為17.7 cm，坡腳位移11.9 cm，一級(jí)邊坡坡頂位移7.8 cm；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡頂處側(cè)向變形為21.1 cm。

圖9為反坡L坎型支護(hù)邊坡的水平位移。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡頂位移最大為4.1 cm，一級(jí)邊坡坡頂位移僅0.3 cm；前四級(jí)側(cè)推位移過程中，水平位移的增幅較為均衡，二級(jí)邊坡坡頂增量約3.2 cm，二級(jí)邊坡坡腳位移增量約2.7 cm，一級(jí)坡邊坡頂位移增量約1.6 cm；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，邊坡發(fā)生破壞，位移增量無較大變化，二級(jí)邊坡坡頂位移17.1 cm，坡腳位移11.1 cm，一級(jí)邊坡坡頂位移6.9 cm；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，二級(jí)邊坡坡頂處側(cè)向變形為20.3 cm。

上述分析說明：二級(jí)邊坡水平位移大于一級(jí)邊坡，且邊坡最大水平位移位于坡頂處；L坎型和反坡L坎型支護(hù)下坡頂水平位移較單坎型分別減小5.0%和8.6%，表明單坎型、L坎型和反坡L坎型支護(hù)下邊坡抵抗側(cè)向變形的能力遞增。

a)距坡腳不同高度處坡體水平位移變化曲線

a)距坡腳不同高度處坡體水平位移變化曲線

a)距坡腳不同高度處坡體水平位移變化曲線

2.3 墻后土壓力分析

圖10為單坎型支護(hù)邊坡的土壓力。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，不同測(cè)點(diǎn)處土壓力大小不一，P3位于兩級(jí)邊坡的交接處，土體擠壓最嚴(yán)重，土壓力盒上覆土體重度最大，導(dǎo)致此處土壓力最大，一級(jí)邊坡中，P6處土壓力最大；第二至五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，由于土壓力盒上覆土體壓密，導(dǎo)致土體重度增大，引起土壓力增大，各個(gè)測(cè)點(diǎn)處的土壓力均呈線性增大趨勢(shì)，其中P3處土壓力增幅最大；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，邊坡出現(xiàn)貫通裂縫，P1、P2和P5處土壓力盒位于貫通裂縫附近土壓力最大，P3、P4和P6處土壓力盒位于貫通裂縫前，無裂縫貫穿，土體持續(xù)壓密，土體重度不斷增大，土壓力相應(yīng)增大；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，土壓力最大分別為19.23、7.45、9.47 kPa。

a)距坡腳不同高度處土壓力變化曲線

圖11為L坎型支護(hù)邊坡的土壓力。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，P3處土壓力最大，一級(jí)邊坡中P6處土壓力最大；第二至五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，與單坎型支護(hù)相似，各個(gè)測(cè)點(diǎn)處土壓力均呈線性增大趨勢(shì)，P3處土壓力的增幅最大；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，邊坡出現(xiàn)貫通裂縫，P1、P2和P4處土壓力盒均位于貫通裂縫附近土壓力最大，P3、P5和P6處土壓力盒位于貫通裂縫前，由于土體持續(xù)壓密，土體重度不斷增大，土壓力也相應(yīng)增大；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，土壓力最大分別為21.37、7.97、11.81 kPa。

a)距坡腳不同高度處土壓力變化曲線

圖12為反坡L坎型支護(hù)邊坡的土壓力。由圖可知：第一級(jí)側(cè)推位移時(shí)，P3處土壓力最大，一級(jí)邊坡中，P6處土壓力最大；第二至四級(jí)側(cè)推位移時(shí)，各個(gè)測(cè)點(diǎn)處的土壓力均呈線性增大趨勢(shì)，其中P3處土壓力增幅最大，P1處產(chǎn)生2 cm的裂縫使土壓力盒脫空，土壓力驟減，P1處土壓力最大值在第四級(jí)側(cè)推位移后產(chǎn)生；第五級(jí)側(cè)推位移時(shí)，邊坡出現(xiàn)貫通裂縫，P2和P4處土壓力盒均位于貫通裂縫附近土壓力最大值，P3、P5和P6處土壓力盒位于貫通裂縫前，土壓力持續(xù)增大；第六級(jí)側(cè)推位移時(shí)，土壓力最大分別為22.93、10.23、12.86 kPa。

a)距坡腳不同高度處土壓力變化曲線

上述分析說明：土壓力隨墻高的增加而增大，且一級(jí)邊坡坡頂處土體對(duì)二級(jí)邊坡與一級(jí)邊坡連接處土體的側(cè)向變形產(chǎn)生約束作用，致使該處土體擠壓嚴(yán)重，土壓力激增而產(chǎn)生最大土壓力；L坎型和反坡L坎型支護(hù)下二級(jí)邊坡P3處土壓力較單坎型分別增大11.1%和19.2%，表明單坎型、L坎型和反坡L坎型抵抗側(cè)向土壓力能力依次增強(qiáng)。

3 二級(jí)邊坡側(cè)向承載特性數(shù)值計(jì)算

3.1 數(shù)值模型建立

采用ABAQUS軟件建立相應(yīng)的數(shù)值模型，二級(jí)邊坡模型采用彈性本構(gòu)及Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則進(jìn)行模擬，相關(guān)參數(shù)為：密度ρ=1.45 g/cm3，彈性模量E=30 MPa，泊松比μ=0.3，內(nèi)摩擦角φ=26°，黏聚力c=16 kPa；織物袋模型采用彈性本構(gòu)，相關(guān)參數(shù)為：彈性模量E=200 MPa，泊松比μ=0.2。

在裝配模塊中導(dǎo)入邊坡和織物袋部件，設(shè)置部件為非獨(dú)立，經(jīng)平移和陣列組裝為整體，從而構(gòu)成一個(gè)織物袋擋墻支護(hù)的二級(jí)邊坡模型。模型中織物袋與織物袋，織物袋與邊坡之間均設(shè)置接觸，采用考慮切向及法向的摩擦接觸?？椢锎g設(shè)置極限剪切應(yīng)力1 500 N來模擬聯(lián)接扣，當(dāng)切向力超過極限剪切力，聯(lián)接扣脫開，之后織物袋袋間的摩擦接觸，摩擦系數(shù)取0.4，法向設(shè)置為硬接觸；織物袋與邊坡之間摩擦系數(shù)取0.3，法向?yàn)橛步佑|，相互作用均設(shè)置為表面與表面接觸。

在初始分析步中對(duì)邊坡底部xoz面約束3個(gè)方向的自由度，邊坡兩側(cè)xoy面限制U3，即z方向的變形，邊坡基層右側(cè)限制U1，即x方向的變形。在加載分析步中施加重力，且根據(jù)二級(jí)邊坡的工程背景，如二級(jí)梯田，坡高較低，田面種植農(nóng)作物，當(dāng)受到側(cè)向力時(shí)發(fā)生變形破壞，加之為模擬模型箱側(cè)壓板的工作機(jī)理，對(duì)邊坡右側(cè)yoz面設(shè)置一個(gè)非均布位移來模擬坡頂側(cè)推位移，見圖13。

a)單坎型支護(hù)邊坡的邊界條件

二級(jí)邊坡及織物袋均采用C3D8單元，為了便于網(wǎng)格劃分，在部件模塊中對(duì)邊坡設(shè)置了基準(zhǔn)面，見表2，近似全局布種尺寸0.05，完成網(wǎng)格劃分后，即可運(yùn)行作業(yè)命令提交模型進(jìn)行計(jì)算。

表2 各部件單元類型及網(wǎng)格劃分

3.2 模擬結(jié)果分析

圖14為不同支護(hù)下二級(jí)邊坡的側(cè)向變形，由圖可知：模型試驗(yàn)得到的側(cè)向變形與數(shù)值計(jì)算得到的基本相同，二級(jí)坡坡頂側(cè)向變形最大，且有拱起現(xiàn)象，同時(shí)織物袋變位模式為每級(jí)邊坡上部3/5墻高的織物袋是平動(dòng)的，墻體下部2/5的部分為繞墻底部的轉(zhuǎn)動(dòng)。

a)單坎型

圖15為不同支護(hù)下二級(jí)邊坡水平位移云圖。由圖可知：單坎型支護(hù)的二級(jí)邊坡坡頂、坡腳水平位移分別為24、14 cm，一級(jí)邊坡坡頂、坡腳水平位移分別為11、3 cm；L坎型支護(hù)的二級(jí)邊坡坡頂、坡腳水平位移分別為23、13 cm，一級(jí)邊坡坡頂、坡腳水平位移分別為10、3 cm；反坡L坎型支護(hù)的二級(jí)邊坡坡頂、坡腳水平位移分別為23、11 cm，一級(jí)邊坡坡頂、坡腳水平位移分別為9、2 cm。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，單坎型支護(hù)二級(jí)邊坡水平位移最大，L坎型支護(hù)邊坡其次，反坡L坎型支護(hù)邊坡水平位移最小，模型試驗(yàn)測(cè)得的水平位移與數(shù)值計(jì)算得到的規(guī)律基本相同。

a)單坎型

圖16為不同支護(hù)下二級(jí)邊坡模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比。由圖可知：模型試驗(yàn)得到的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的坡體水平位移測(cè)試結(jié)果與數(shù)值計(jì)算得到的坡體水平位移變化規(guī)律基本相同。

a)單坎型

圖17為不同支護(hù)下二級(jí)邊坡塑性應(yīng)變?cè)茍D。由圖可知：各工況下最大塑性破壞均發(fā)生二級(jí)邊坡坡腳處，并以滑動(dòng)塑性區(qū)的形式向坡頂發(fā)展，在滑弧的發(fā)展過程中，塑性應(yīng)變集中的情況逐漸緩解，塑性區(qū)漸變更均勻，且二級(jí)邊坡比一級(jí)邊坡塑性破壞嚴(yán)重，L坎型和反坡L坎型在豎向埋置的織物袋處土體塑性應(yīng)變較大。可以發(fā)現(xiàn)：單坎型織物袋擋墻支護(hù)二級(jí)邊坡塑性破壞最嚴(yán)重，L坎型支護(hù)邊坡其次，反坡L坎型支護(hù)邊坡塑性破壞最小，模型試驗(yàn)得到的滑裂面位置與數(shù)值計(jì)算得到的塑性區(qū)分布基本吻合。

a)單坎型

4 結(jié)論

本文通過側(cè)向非均勻加載模型箱進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)，選取黃土二級(jí)邊坡為研究對(duì)象，實(shí)測(cè)單坎型、L坎型和反坡L坎型支護(hù)條件下的二級(jí)邊坡坡頂豎向位移、坡體水平位移和擋墻后土壓力的變化，分析二級(jí)邊坡側(cè)向破壞模式，并進(jìn)行相應(yīng)的承載能力評(píng)價(jià)，同時(shí)運(yùn)用ABAQUS有限元軟件，分析驗(yàn)證了單坎型、L坎型和反坡L坎型織物袋擋墻支護(hù)下的二級(jí)邊坡側(cè)向變形及塑性區(qū)分布，主要得到以下結(jié)論。

a)在側(cè)向非均勻加載作用下，二級(jí)邊坡先于一級(jí)邊坡發(fā)生破壞且破壞程度較一級(jí)邊坡嚴(yán)重，盡管裂縫開始發(fā)展的部位不同，但均從坡腳和距坡腳1/3～1/2高度處產(chǎn)生并延伸發(fā)展。

b)在側(cè)向非均勻加載作用下，反坡L坎型織物袋擋墻支護(hù)的二級(jí)邊坡破壞前能夠承受更大的側(cè)推位移和土壓力，且側(cè)向變形和破壞程度最小，故承載能力最高，其次為L坎型支護(hù)邊坡，單坎型支護(hù)邊坡承載能力最低。

c)在側(cè)向非均勻加載作用下，二級(jí)邊坡均為滑動(dòng)型破壞，隨著支護(hù)強(qiáng)度的增大，滑裂面或貫通裂縫的深度依次增大。

d)通過ABAQUS有限元軟件對(duì)3種織物袋擋墻支護(hù)方式的二級(jí)邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬，通過數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析可以得出：模型試驗(yàn)得到的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的側(cè)向變形測(cè)試結(jié)果與數(shù)值計(jì)算得到的側(cè)向變形規(guī)律基本相同，且最大塑性破壞均發(fā)生在二級(jí)邊坡坡腳處，二級(jí)邊坡比一級(jí)邊坡塑性破壞嚴(yán)重。