存在荷載邊坡的穩(wěn)定性影響因素的敏感性分析

王樂

摘要：有鑒于有建筑物的邊坡越來越多，而地震、邊坡坡高、建筑物大小（即荷載大?。┮约敖ㄖ镂恢茫春奢d位置）都對邊坡穩(wěn)定性有很大的影響，分清影響因素的主次，可以為治理此類邊坡提供依據(jù)。文章通過GEO-studio采用有限元法進(jìn)行邊坡數(shù)值模擬，通過正交實驗法分析了各個因素對邊坡穩(wěn)定性影響的敏感性，發(fā)現(xiàn)影響邊坡穩(wěn)定性因素的主次順序為：坡高H影響最大，其次是荷載距離L，荷載P與地震加速度α相差無幾。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，荷載距離大于12m時，荷載位置對邊坡穩(wěn)定性影響就微乎其微了。

Abstract： In view of the increasing number of slopes in buildings， earthquakes， slope heights， building sizes （load sizes） and building locations （load locations） have a large impact on slope stability. Distinguishing the primary and secondary factors of influence can provide a basis for the treatment of such slopes. In this paper， the numerical simulation of slope is carried out by GEO-studio using finite element method. The sensitivity of each factor to the stability of slope is analyzed by orthogonal experiment. The order of the factors affecting the stability of slope is found： ?the influence of slope height H is the largest， followed by the load distance L， and the load P is almost the same as the seismic acceleration α. Through simulation analysis， it is found that when the load distance is greater than 12m， the impact of the load position on the slope stability is negligible.

關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性;敏感性分析;荷載位置;荷載大小;地震

Key words： slope stability;sensitivity analysis;load location;load size;earthquake

中圖分類號：TU413.6+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0147-03

0 ?引言

隨著城市快速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的人工邊坡，相當(dāng)一部分的人工邊坡上面是有建筑物的;曹思威[1]就此利用FLAC3D研究了邊坡上建筑物荷載以及荷載位置變化對邊坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)荷載位置距離邊坡大于12m以后，荷載位置對邊坡穩(wěn)定性影響微乎其微了。影響邊坡穩(wěn)定性因素很多，主要分為內(nèi)因和外因，內(nèi)因主要有邊坡土體的物理性質(zhì)，包括土體的內(nèi)摩擦角、黏聚力、容重、土體中初始水位線等，外因主要有降雨、地震等。石誠鋆[6]等利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，就降雨強(qiáng)度、降雨持續(xù)時間、坡比、坡高和巖體的滲透系數(shù)5個因素進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性影響的敏感性分析。楊歡[2]采用正交實驗方法分析了Hoek-brown 參數(shù)變化對邊坡穩(wěn)定性的影響。詹光亮[3]用擬合分析法，分析了巖體黏聚力、內(nèi)摩察角、孔隙水壓力以及地震對滑體穩(wěn)定性的影響。蒲朝欽[4]等利用正交實驗法和FLAC3D，研究了不同巖體容重、泊松比、黏聚力、內(nèi)摩擦角等對層狀巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性影響。翟明洋[5]等基于GEO-studio有限元應(yīng)力法，提出一種新的分析方法對均質(zhì)邊坡進(jìn)行了敏感性分析，發(fā)現(xiàn)對邊坡穩(wěn)定性影響的主次順序為：粘聚力>內(nèi)摩擦角>坡高>容重>坡角。毛新生[7]等選取地震加速度，粘聚力，內(nèi)摩擦角，庫水位變化和容重5個因素，利用正交實驗法分析了其對邊坡穩(wěn)定性影響的敏感性。以上文章就傳統(tǒng)邊坡的穩(wěn)定性影響因素包括內(nèi)因外因都進(jìn)行了敏感性分析，但人工邊坡中邊坡上建筑荷載以及荷載的位置都不曾考慮，文章就此展開選取水平地震加速度α、邊坡上建筑物荷載P、荷載距離邊坡位置L以及坡高H，4個因素，這里荷載為長8m的均勻荷載，利用GEO-studio軟件中Quake/w模塊中有限單元法和Slope模塊進(jìn)行分析，通過正交實驗法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性影響敏感性分析，并為相關(guān)工程的治理提供一些參考。

1 ?基本理論

1.1 摩爾-庫倫理論

文章材料破壞標(biāo)準(zhǔn)選擇moher-coulomb強(qiáng)度理論，moher-coulomb理論最早由coulomb提出，coulomb認(rèn)為土單元體滿足公式（1）就達(dá)到極限平衡狀態(tài)即破壞狀態(tài)。Moher深化了coulomb的研究，認(rèn)為當(dāng)材料破裂時，法向應(yīng)力？滓與抗剪強(qiáng)度？子f之間存在單值函數(shù)的關(guān)系[9]，即公式（1）。

2 ?邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬及敏感性分析

2.1 模型的建立與參數(shù)選取

邊坡模型如圖1，文章利用CAD創(chuàng)建邊坡二維模型，然后導(dǎo)入GEO-studio軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其全局網(wǎng)格單元尺寸設(shè)置為1.5m，網(wǎng)格的形狀模式為四邊形與三角形，如圖2。邊坡模型的物理參數(shù)如表1，邊坡為均質(zhì)邊坡，其中坡高為10m，坡角為63°。

2.2 試驗因素水平選取及計算分析

通過GEO-studio模擬了坡頂建筑物對地基壓力為80kPa時，隨著坡頂建筑物距離邊坡位置越來越大時安全系數(shù)與坡頂建筑物位置的關(guān)系如圖4所示，距離邊坡的位置分別選0m，2m，4m…18m。通過圖4所示的安全系數(shù)與坡頂建筑物位置的關(guān)系可知，坡頂建筑物距邊坡12m時，坡頂建筑物對邊坡穩(wěn)定性影響就可以忽略不計了。這里選取0m、4m、8m、12m為水平。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（2011）表3.0.3中砌體承重結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)小于等于5層時，地基承載力特征值100kPa？燮fak？燮130kPa，所以這里選坡頂建筑物對邊坡的壓力為30kPa、60kPa、90kPa、120kPa為水平，這里荷載為長8m的均勻荷載。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2010）中表3.2.2將地震加速度設(shè)為0.05g，0.10g、0.20g、0.4g;分別對應(yīng)6、7、8、9抗震設(shè)防烈度。由文[10]指出地震水平加速度是影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，所以文章主要考慮水平地震加速度，具體加速度如圖5所示。坡高為一水平其值設(shè)定為5m、10m、15m、20m，其圖如圖3所示。

通過上述分析，正交試驗表為L16（44），采用L16（45）正交表;各因素水平選取如表2。

通過極差分析表（表4）可知對邊坡穩(wěn)定性影響敏感度為：坡高影響最大，其次是坡頂建筑物離邊坡的距離，水平地震加速度和建筑物對地基的壓力對邊坡穩(wěn)定性影響相當(dāng)且最小?？赡苁沁吰虏牧系奈锢硇再|(zhì)較好，所以建筑地基壓力及水平地震加速度對邊坡穩(wěn)定性影響較小。

3 ?結(jié)語

文章利用GEO-studio軟件通過有限單元法分析計算了邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，分析了水平地震加速度α、邊坡上建筑物荷載P、荷載距離L以及坡高H，4個因素對邊坡穩(wěn)定性影響的敏感度，發(fā)現(xiàn)因素影響的主次順序為：坡高H影響最大，其次是荷載距離L，荷載P與地震加速度α相差無幾。提出如下建議：①當(dāng)坡高大于10m時，邊坡要進(jìn)行加固措施，如擋土墻、土釘?shù)?②當(dāng)荷載距離L小于12m時，施工設(shè)計要仔細(xì)對待，同樣要進(jìn)行加固措施。不足之處：文章采用GEO-studio軟件進(jìn)行模擬計算，其對地震方面的模擬并不精確。

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