類土質(zhì)邊坡開挖過程中的變形數(shù)值模擬分析

【摘要】本文結(jié)合我國惠莞高速公路（惠州段）路塹高邊坡工程施工實例，研究了邊坡開挖過程中的變形規(guī)律，最大位移和最大塑性變形位置。研究表明：在開挖施工作用下，邊坡的最大豎向位移為坡頂處，最大水平向位移為邊坡中間部位，而不是位于坡頂或是坡腳處；塑性變形從坡頂向坡腳延伸，形成貫通的塑性區(qū)，最大塑性變形區(qū)域位于邊坡中間部位。其研究方法和結(jié)論能夠為類似工程設計及施工提供一定程度上的參考依據(jù)。

【關鍵詞】類土質(zhì)邊坡；邊坡開挖；變形；數(shù)值模擬

一、引言

高速公路通常傍山沿河而行，多數(shù)路段都位于自然斜坡上，有些邊坡失穩(wěn)甚至破壞路基、橋梁、隧道，造成工程損失與人員傷亡。在高速公路易發(fā)生破壞的邊坡中，坡殘積物、全風化巖以及強風化巖邊坡占有很高的比例。據(jù)對貴州全省9條高等級公路邊坡災害的不完全統(tǒng)計，風化巖和殘積土邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生的滑坡占高等級公路邊坡滑坡的76.4%；福建、廣東、云南、湖南、湖北等省區(qū)很多山區(qū)高速公路的風化巖和殘積土邊坡破壞也占邊坡滑坡的多數(shù)。因此，對這類邊坡進行系統(tǒng)分析、研究和總結(jié)具有很大的實用價值。

二、工程概況

本文選取惠莞高速公路（惠州段）最具典型性的YK28+234.2～YK28+356.2右側(cè)高邊坡進行研究。

根據(jù)地質(zhì)情況，該邊坡滑坡破壞模式為滑移—拉裂型破壞。此類滑坡破壞模式，邊坡體沿下伏軟弱面向坡前臨空方向滑移，并使滑移體拉裂解體，導致滑坡發(fā)生在前緣臨空的順層上。

三、數(shù)值模擬分析

（一）計算模型建立

采用ABAQUS有限元數(shù)值模擬軟件，對危險斷面YK28+276進行邊坡開挖變形模擬計算。YK28+234.2～YK28+356.2右側(cè)高邊坡為五級邊坡，下面兩級坡面坡比為1：0.75，上面三級坡面坡比為1：1，為了簡化模型，將下面兩級坡面合成一級坡面，上面三級坡面合成一級坡面，計算模型網(wǎng)格劃分見圖1。

材料簡化為均質(zhì)強風化砂巖，具體參數(shù)見表1。模型采用Mohr-Coulomb屈服準則，選取剪脹角0=ψ°時的非關聯(lián)流動法則，計算中未考慮支護的作用，以分步形式描述開挖過程中邊坡變形的情況。為了分析整個坡面的變形情況，在計算模型中選取3個特征點A、B、C，分別位于坡腳、坡中和坡頂，具體位置和模型尺寸見圖2。

（二）計算結(jié)果分析

根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果，可得坡體內(nèi)在第二部分開挖過程中最大的位移矢量分布情況，見圖2；可得坡體內(nèi)在第二部分開挖過程中A、B、C點處位移與荷載步變化情況，見圖3～5。

從位移矢量圖2上可知，在第二部分開挖完成后，位移矢量方向為沿坡頂處向下至坡腳處，已形成了一個滑移帶，與其它部位的位移矢量相比，位移變化數(shù)值較大。從位移與荷載步變化曲線圖3～5上可知，在坡腳A點處，第一部分開挖荷載步完成后，位移變化較小，為0.011m，第二部分開挖荷載步完成后，位移變化有所增加，為0.039m；在坡中部B點處，第一部分開挖荷載步完成后，位移變化較小，為0.023m，第二部分開挖荷載步完成后，位移變化值較大，為0.45m；在坡頂C點處，第一部分開挖荷載步完成后，位移變化值較小，為0.010m，第二部分開挖荷載步完成后，位移變化值也較大，為0.435m。

（三）小結(jié)

數(shù)值模擬計算結(jié)果顯示，在開挖施工作用下，邊坡的最大豎向位移為坡頂處，最大水平向位移為邊坡中間部位，而不是位于坡頂或是坡腳處；塑性變形從坡頂向坡腳延伸，形成貫通的塑性區(qū)，最大塑性變形區(qū)域位于邊坡中間部位，計算結(jié)果為第二、三級坡面內(nèi)部。

參考文獻

[1]譚捍華，傅鶴林.TDR技術在公路邊坡監(jiān)測中的應用試驗[J].巖土力學，2010，31（04）：1331～1336.

[2]黃家會.甚高頻電磁波層析成像及在巖土工程中應用研究[J].巖石力學與工程學報，2004，23（03）：531.

作者簡介：楊廣超（1990.06—），男，漢族，江蘇連云港人，本科，助理工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設計。