堆載對含有軟弱夾層邊坡的影響

中國民用航空中南地區空中交通管理局 廣東廣州 510640

摘要：影響邊坡穩定性的因素很多，包括土坡的邊界條件、土質條件和外界條件。本文通過使用midas巖土工程分析軟件，分析各種因素對邊坡的影響情況，得出的結果對工程具有一定的指導意義。同時，通過對數據的分析，指出了實際工程中需要注意和改進的地方。

關鍵詞：邊坡；安全系數；軟弱層

引言

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

1 邊坡基本模型及本文計算工況

模型類型為莫爾庫倫，計算方法采用強度折減法，使用初始安全系數開始計算，收斂后增加一個安全系數增量重新開始計算，未收斂時減去一個安全系數增量重新開始計算。通過最大剪切應變等值線查看破壞模式。不考慮地下水作用和地震作用，不設支錨，擋墻等其他措施。

本文計算模型的幾何參數如下：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。物理力學參數如表1所示。

表1：土層物理力學參數

層號名稱厚度

（m）重度

kN/m3粘聚力

kN/m2內摩擦角

（°）

1淤泥質土1.52080

2邊坡土1520150

2 堆載對邊坡安全系數的影響

2.1計算結果對比

為了得出含有軟弱夾層對邊坡的影響，先把堆載設為0kpa，對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，破壞模式對比如圖1（兩種邊坡破壞模式）所示。

圖1：含軟弱夾層最大剪應變等值線

圖2：不含軟弱夾層最大剪應變等值線

從圖1可以看出，含有軟弱夾層邊坡的安全系數為1.1。不含軟弱夾層邊坡的安全系數為1.3。含有軟弱夾層邊坡的破壞模式沿著軟弱夾層，最大剪應變為0.62，發生在軟弱夾層端部。不含有軟弱夾層的邊坡破壞模式沿著理論圓弧滑動面，最大剪應變為0.049，發生在圓弧底部。

2.2堆載對邊坡安全系數的影響

按照之前設定的不同軟土層參數與不同堆載輸入計算模型，計算出不同的邊坡安全系數并繪成曲線如圖2所示。

圖3：堆載對邊坡安全系數影響的關系曲線

從圖2可以看出，軟土層的粘聚力對邊坡的安全系數影響很大，粘聚力越大，邊坡的安全系數就越高，堆載大小對邊坡安全系數影響很大，堆載越大，邊坡安全系數越小，不同的堆載，邊坡安全系數隨著粘聚力的變化都發生均勻變化，但是因為堆載的影響都會相差0.2至0.3的一個級別。當軟土層粘聚力非常小（8kpa）的時候，不同堆載下的邊坡安全系數差別不大，都很低。

3 結語

含有軟弱夾層的邊坡其穩定性比均勻土質邊坡穩定性差很多。在工程建設中，如建筑在山頂上的建筑物如雷達塔、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定性。不能因為建筑物荷載小就忽略邊坡穩定性的影響，在結構設計時同時要通過勘察報告判定邊坡有無軟弱夾層，如果有軟弱夾層應及時設計支檔構筑物如擋土墻、打錨桿等。建筑物荷載應盡量離邊坡邊遠，如建筑物處于圓弧滑動面內則建筑物荷載會縮小邊坡安全系數，處于圓弧滑動面外則建筑荷載會放大邊坡安全系數。必須重視當地的工程經驗，總結經驗：（1）經過穩定驗算后，才能在坡頂上加載以及在坡腳挖方；（2）對于穩定性不足的地段，應事先分段做好擋土結構；（3）應在坡頂和填土體內分別做好明溝和暗溝（或盲溝）以便排水；（4）大型基礎工程，應在開挖基坑之前做好保證坑壁穩定的措施，然后才能開挖。

參考文獻：

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

[2]《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330—2002）. 56-58