堆載對(duì)含有軟弱夾層邊坡的影響

中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局 廣東廣州 510640

摘要：影響邊坡穩(wěn)定性的因素很多，包括土坡的邊界條件、土質(zhì)條件和外界條件。本文通過使用midas巖土工程分析軟件，分析各種因素對(duì)邊坡的影響情況，得出的結(jié)果對(duì)工程具有一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，指出了實(shí)際工程中需要注意和改進(jìn)的地方。

關(guān)鍵詞：邊坡；安全系數(shù)；軟弱層

引言

影響邊坡穩(wěn)定具體因素包括：（1）土坡坡度。坡角越小土坡越穩(wěn)定但不經(jīng)濟(jì)。（2）土坡高度。高度越小土坡越穩(wěn)定。（3）土的性質(zhì)，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C、φ值較大的土坡比C、φ值較小的土坡穩(wěn)定。（4）氣象條件，天氣晴朗，處于干燥條件下的土坡強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，處在雨季情況下，尤其是暴雨情況下大量雨水滲入，土坡穩(wěn)定性降低，容易發(fā)生工程事故。（5）地下水的滲透，當(dāng)土坡中存在與滑動(dòng)方向一致的滲透力時(shí)，對(duì)土坡穩(wěn)定不利，如水庫(kù)中下游水壩就容易發(fā)生。（6）地震，發(fā)生地震時(shí)容易產(chǎn)生附近荷載，降低土坡穩(wěn)定性。本文以midas gts有限軟件為工具，通過對(duì)大量工況的分析，繪出了存在軟弱夾層的各種土質(zhì)的邊坡安全系數(shù)與堆載的關(guān)系曲線，由曲線可得出堆載對(duì)邊坡的內(nèi)力及穩(wěn)定性的影響情況。

1 邊坡基本模型及本文計(jì)算工況

模型類型為莫爾庫(kù)倫，計(jì)算方法采用強(qiáng)度折減法，使用初始安全系數(shù)開始計(jì)算，收斂后增加一個(gè)安全系數(shù)增量重新開始計(jì)算，未收斂時(shí)減去一個(gè)安全系數(shù)增量重新開始計(jì)算。通過最大剪切應(yīng)變等值線查看破壞模式。不考慮地下水作用和地震作用，不設(shè)支錨，擋墻等其他措施。

本文計(jì)算模型的幾何參數(shù)如下：邊坡高度為10m，坡頂、坡角向外延伸20m為邊界條件，坡度35度，坡面往下5m處有1.5m厚軟弱夾層，軟弱夾層從坡頂沿邊坡到坡底12m處出地面。堆載分布為線荷載，分別取0kpa，50kpa，100kpa，150kpa。模型中土層分兩層，邊坡軟土層粘聚力分別取8kpa，15kpa，20kpa，30kpa。物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1：土層物理力學(xué)參數(shù)

層號(hào)名稱厚度

（m）重度

kN/m3粘聚力

kN/m2內(nèi)摩擦角

（°）

1淤泥質(zhì)土1.52080

2邊坡土1520150

2 堆載對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響

2.1計(jì)算結(jié)果對(duì)比

為了得出含有軟弱夾層對(duì)邊坡的影響，先把堆載設(shè)為0kpa，對(duì)比含有軟弱夾層邊坡與不含有軟弱夾層的邊坡的安全系數(shù)，破壞模式對(duì)比如圖1（兩種邊坡破壞模式）所示。

圖1：含軟弱夾層最大剪應(yīng)變等值線

圖2：不含軟弱夾層最大剪應(yīng)變等值線

從圖1可以看出，含有軟弱夾層邊坡的安全系數(shù)為1.1。不含軟弱夾層邊坡的安全系數(shù)為1.3。含有軟弱夾層邊坡的破壞模式沿著軟弱夾層，最大剪應(yīng)變?yōu)?.62，發(fā)生在軟弱夾層端部。不含有軟弱夾層的邊坡破壞模式沿著理論圓弧滑動(dòng)面，最大剪應(yīng)變?yōu)?.049，發(fā)生在圓弧底部。

2.2堆載對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響

按照之前設(shè)定的不同軟土層參數(shù)與不同堆載輸入計(jì)算模型，計(jì)算出不同的邊坡安全系數(shù)并繪成曲線如圖2所示。

圖3：堆載對(duì)邊坡安全系數(shù)影響的關(guān)系曲線

從圖2可以看出，軟土層的粘聚力對(duì)邊坡的安全系數(shù)影響很大，粘聚力越大，邊坡的安全系數(shù)就越高，堆載大小對(duì)邊坡安全系數(shù)影響很大，堆載越大，邊坡安全系數(shù)越小，不同的堆載，邊坡安全系數(shù)隨著粘聚力的變化都發(fā)生均勻變化，但是因?yàn)槎演d的影響都會(huì)相差0.2至0.3的一個(gè)級(jí)別。當(dāng)軟土層粘聚力非常?。?kpa）的時(shí)候，不同堆載下的邊坡安全系數(shù)差別不大，都很低。

3 結(jié)語

含有軟弱夾層的邊坡其穩(wěn)定性比均勻土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性差很多。在工程建設(shè)中，如建筑在山頂上的建筑物如雷達(dá)塔、鐵塔、基站等，往往考慮了建筑物地基承載力而沒考慮山頂邊坡穩(wěn)定性。不能因?yàn)榻ㄖ锖奢d小就忽略邊坡穩(wěn)定性的影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)要通過勘察報(bào)告判定邊坡有無軟弱夾層，如果有軟弱夾層應(yīng)及時(shí)設(shè)計(jì)支檔構(gòu)筑物如擋土墻、打錨桿等。建筑物荷載應(yīng)盡量離邊坡邊遠(yuǎn)，如建筑物處于圓弧滑動(dòng)面內(nèi)則建筑物荷載會(huì)縮小邊坡安全系數(shù)，處于圓弧滑動(dòng)面外則建筑荷載會(huì)放大邊坡安全系數(shù)。必須重視當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗(yàn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)：（1）經(jīng)過穩(wěn)定驗(yàn)算后，才能在坡頂上加載以及在坡腳挖方；（2）對(duì)于穩(wěn)定性不足的地段，應(yīng)事先分段做好擋土結(jié)構(gòu)；（3）應(yīng)在坡頂和填土體內(nèi)分別做好明溝和暗溝（或盲溝）以便排水；（4）大型基礎(chǔ)工程，應(yīng)在開挖基坑之前做好保證坑壁穩(wěn)定的措施，然后才能開挖。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊小平.[M].土力學(xué)及地基基礎(chǔ)，2005，26（3）：441-444

[2]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2002）. 56-58