接觸面參數(shù)對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響分析

黃貝貝 王威 楊正玉 崔雨 劉順青

摘? 要：為考慮接觸面參數(shù)對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響，采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了邊坡數(shù)值模型，分析了接觸面的黏聚力及內(nèi)摩擦角對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨著接觸面黏聚力及內(nèi)摩擦角的增加，擋土墻邊坡的下、上限安全系數(shù)都逐漸增加，但是接觸面內(nèi)摩擦角對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響更大。研究結(jié)果可為擋土墻的設(shè)計(jì)提供一定參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：接觸面;邊坡;擋土墻;穩(wěn)定性;極限分析

中圖分類號(hào)：U213? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0065-02

Abstract： In order to study the influence of contact surface parameters on retaining wall slope stability， the finite element limit analysis software OPTUM G2 is used to establish the numerical model.And then the influence of cohesion and internal friction angle of contact surfaceon the slope stability is analyzed.The results show thatthe lower and upper limit safety factors of retaining wall slopes all gradually increasewith the increase of the cohesion and internal friction angle.But the internal friction angle of contact surface has more influence on the retaining wall slope stability. The research results can provide some reference for the design of retaining walls.

Keywords： contact surface; slope; retaining wall; stability; limit analysis

1 概述

在山區(qū)修建城市、公路及鐵路時(shí)，常會(huì)遇到邊坡的開挖及回填問題，擋土墻作為一種常見的支護(hù)措施在邊坡工程中得到了廣泛應(yīng)用。目前針對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性方面已有一些相關(guān)研究[1-2]，然而擋土墻與土體接觸面參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響如何還未有系統(tǒng)研究。本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了擋土墻邊坡的數(shù)值分析模型，分析了接觸面的黏聚力及內(nèi)摩擦角對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究結(jié)果可為擋土墻的設(shè)計(jì)提供一定參考依據(jù)。

2 有限元極限分析計(jì)算模型的建立

本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立擋土墻的分析模型，在模型的左右邊界設(shè)置水平約束，在模型的底部邊界設(shè)置固定約束。擋土墻邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算模型如圖1所示。

擋土墻邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)墻前、后的“土體”及“接觸面”的本構(gòu)模型均采用摩爾-庫(kù)倫模型，擋土墻采用剛體材料模擬，重度為22kN/m3。擋土墻與土體的接觸面采用OPTUM G2中的“剪切節(jié)理”進(jìn)行模擬。具體的計(jì)算參數(shù)如表1所示。

3 接觸面黏聚力對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響分析

為分析接觸面黏聚力對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響，選取接觸面的內(nèi)摩擦角為30°，接觸面的黏聚力分別為0kPa、5kPa、10kPa、15kPa、20kPa，擋土墻邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，當(dāng)接觸面的黏聚力從0kPa增加到20kPa時(shí)，邊坡的下限安全系數(shù)從1.421增加到1.639，增加約15%;上限安全系數(shù)從1.547增加到1.719，增加幅度約為11%。

4 接觸面內(nèi)摩擦角對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響分析

為分析接觸面內(nèi)摩擦角對(duì)擋土墻邊坡穩(wěn)定性的影響，選取接觸面的黏聚力為10kPa，內(nèi)摩擦角分別為5°、10°、15°、20°、25°及30°，擋土墻邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，當(dāng)擋土墻接觸面的內(nèi)摩擦角從5°增加到30°時(shí)，邊坡的下限安全系數(shù)從1.365增加到1.576，增加幅度約為15%;上限安全系數(shù)從1.450增加到1.649，增加幅度約為14.0%。

限于文章篇幅，選取內(nèi)摩擦角為10°時(shí)擋土墻邊坡的下限剪切耗散圖，如圖4所示。從圖4中可以明顯看出擋土墻后的土體主動(dòng)土壓力區(qū)及墻前的被動(dòng)土壓力區(qū)，并且擋土墻墻趾處有應(yīng)力集中現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）接觸面內(nèi)摩擦角相同時(shí)，隨著接觸面黏聚力的增加，擋土墻邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸增加，增加幅度都超過10%。

（2）接觸面黏聚力相同時(shí)，隨著接觸面內(nèi)摩擦角的增加，擋土墻邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸增加，增加幅度約為15%。

參考文獻(xiàn)：

[1]王成皿，王中文.基于規(guī)范法的加筋土擋土墻邊坡加固穩(wěn)定性計(jì)算研究[J].中外公路，2017，37（2）：24-26.