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1、泥巖路塹邊坡穩(wěn)定性研究 摘要：本文利用有限元強度折減法與摩爾—庫倫本構(gòu)模型準則相結(jié)合來模擬某泥巖路塹邊坡的穩(wěn)定性，分析了邊坡在重力式擋土墻支護下的穩(wěn)定系數(shù)。結(jié)果表明，泥巖路塹邊坡在滲水條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.40左右，在重力式擋土墻支護下的穩(wěn)定性系數(shù)1.63；與未進行重力式擋土墻加固相比，重力式擋土墻加固可顯著提高巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)、并且減緩邊坡塑性區(qū)的發(fā)展和破壞過程。本文結(jié)果對實際工程施工和加固方案比選具有重要的參考價值。關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定；強度折減法；ABAQUS中圖分類號：U416.1+4文獻標識碼：A文章編
2、號：ThestabilityofacuttingslopecomposedofmudstoneZhouRu-cheng①,PanLiu-sheng②MunicipalEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailwayShanghaiEngineeringBureau,Shanghai200331,ChinaAbstract:ThestrengthreductionfiniteelementmethodwascombinedwiththeMohr-Coulombyieldcriteriatoinvesti
3、gatethestabilityofacuttingslopecomposedofmudstone.Itshowsthat6thestabilitycoefficientsoftheslopewithandwithouttheretainingwallareabout1.40and1.63,respectively;afternumericalanalysisoftheslope,theretainingwallcansignificantlyincreasedthesafetyfactorofaslopeifco
4、mparedwiththosewithouttheretainingwall.Theresultspresentedhereincanbeappliedtothecomparativeoptimizationforstrengtheningrockslopeinpracticeandreferableinconstruction.Keywords:stabilityofslope;strengthreductionmethod;ABAQUS1引言在邊坡工程中，滑坡災(zāi)害越來越突出，邊坡穩(wěn)定性分析成為一個重要的研究課題
5、。邊坡穩(wěn)定性分析方法中，有限元強度折減法是一種能簡便處理復(fù)雜邊界條件和地質(zhì)條件、定量分析邊坡破壞、變形過程和機制的數(shù)值模擬方法，在邊坡穩(wěn)定性分析中得到廣泛應(yīng)用。6近年來，有限元強度折減法的研究取得了很多成果。宋雅坤等[1]將強度折減法應(yīng)用于三維邊坡穩(wěn)定性分析，認為在三維情況下采用莫爾-庫侖等面積圓屈服準則代替莫爾-庫侖準則是可行的；方建瑞等[2]在邊坡穩(wěn)定分析有限元強度折減法的基礎(chǔ)上，將二維分析推廣到三維分析，研究了安全系數(shù)的定義方式、屈服準則與失穩(wěn)破壞標準；董璞等[3]探討了強度折減有限元法分析邊坡穩(wěn)定性時的精度
6、，認為只要失穩(wěn)判據(jù)條件合理、用有限元強度折減法得到的安全系數(shù)與極限平衡法的結(jié)果大致相當(dāng)、從而認為采用強度折減有限元法分析邊坡穩(wěn)定性是合理可行的。本文將采用強度折減法，在簡化邊坡地質(zhì)模型基礎(chǔ)上建立了二維邊坡的數(shù)值模擬計算模型，巖體本構(gòu)關(guān)系采用Mohr-Coulomb模型，得到了未支護邊坡的安全系數(shù)和采用在重力式擋土墻支護下邊坡的安全系數(shù)。2理論基礎(chǔ)2.1研究思路所謂抗剪強度折減系數(shù)，即在外部荷載保持不變時，邊坡內(nèi)巖土體所具有的最大抗剪強度與外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的剪應(yīng)力之比。使用有限元強度折減法[4]時，將邊坡巖體的強
7、度參數(shù)c′和tanφ′同時乘以一個折減系數(shù)Ftrial、得到一組新的強度參數(shù)c′′、φ′′，即(1)(2)然后將折減后的c′′和φ′′作為新的材料參數(shù)進行試算，通過不斷減小折減系數(shù)、直到有限元計算不收斂、邊坡發(fā)生剪切破壞，此時所對應(yīng)的折減系數(shù)即是邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，模擬過程中還可得到臨界滑動面、邊坡的應(yīng)力、位移。62.1屈服準則巖體的抗剪強度是影響邊坡失穩(wěn)破壞的關(guān)鍵因素。當(dāng)最大剪應(yīng)力達到破壞極限時，邊坡將失穩(wěn)破壞。因此，在解決邊坡穩(wěn)定問題時，使用有限元分析軟件ABAQUS進行邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬可采用理想彈塑性模型。此
8、時，屈服準則可采用Mohr-Coulomb破壞準則[5-6]：(3)式中，I1，J2分別為應(yīng)力張量的第一不變量和應(yīng)力偏張量的第二不變量；φ為巖體的內(nèi)摩擦角；θσ為應(yīng)力羅德角；c為巖體的粘聚力。2.2流動法則有限元數(shù)值模擬中，采用關(guān)聯(lián)流動法則還是非關(guān)聯(lián)流動法則取決于ψ值(剪脹角)：ψ≠φ時，采用非關(guān)聯(lián)流動法則；ψ=φ時，采用關(guān)聯(lián)流動法則。Mohr-Coulom
