坡頂建筑荷載對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析

楊正玉，王 威，方龍建，劉順青

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，江蘇 鎮(zhèn)江 212001；2.江蘇科技大學 土木工程與建筑學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212005)

1 引 言

我國幅員遼闊，很多地區(qū)的建筑只能建造在山體環(huán)境中，然而如何定量評價這些建筑物的穩(wěn)定性并為設計提供理論依據(jù)具有較大的工程意義。目前針對坡頂建筑荷載對邊坡穩(wěn)定性的影響，國內(nèi)也有些類似研究，如羅智分析研究了不同的坡頂荷載形式對邊坡穩(wěn)定性的影響；曹思威等采用FLAC3D分析研究了荷載大小及位置對巖石邊坡穩(wěn)定性的影響；李運軍等通過改進Felenius法分析研究了坡頂荷載對邊坡穩(wěn)定性的影響。然而已有的成果未考慮建筑剛性基礎對邊坡穩(wěn)定性的影響。

本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了含建筑剛性基礎的邊坡數(shù)值模型，分析了坡頂建筑荷載大小、坡頂建筑位置對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究結果可為坡頂建筑的設計提供一定參考依據(jù)。

2 有限元極限分析計算模型的建立

本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立含剛性基礎邊坡的分析模型，在模型的左右邊界設置水平約束，在模型的底部邊界設置固定約束。含剛性基礎的邊坡計算模型如圖1所示。

圖1 含剛性基礎的邊坡計算模型圖

含剛性基礎的邊坡穩(wěn)定性計算時“土體”的本構模型均采用摩爾-庫倫模型，“剛性基礎”采用彈性模型，具體的計算參數(shù)如表1所示。

表1 含剛性基礎的邊坡計算參數(shù)

3 坡頂建筑荷載大小對邊坡穩(wěn)定性的影響

為分析坡頂建筑荷載大小對邊坡穩(wěn)定性的影響，選取建筑剛性基礎距離坡肩的長度為2 m，建筑荷載大小分別為15 KPa、30 KPa、45 KPa、60 KPa、75 KPa(分別代表樓層的層數(shù)為一、二、三、四、五)，邊坡穩(wěn)定性的計算結果如圖2所示。從圖2中可以看出，當建筑荷載從15 KPa增加到75 KPa時，邊坡的下限安全系數(shù)從1.716減小到1.526，上限安全系數(shù)從1.792減小到1.608，減小幅度都在10%左右。

圖2 不同建筑荷載大小下邊坡的下、上限安全系數(shù)

限于文章篇幅，選取建筑荷載大小為75 KPa時邊坡下限剪切耗散如圖3所示。從圖3中可以看出，由于坡頂剛性基礎的存在，基礎周邊出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，邊坡滑動面的剪入口位于基礎的右端。其他建筑荷載下邊坡的下限剪切耗散圖與此類似，不再列舉。

圖3 建筑荷載為75 KPa時邊坡的下限剪切耗散圖

4 坡頂建筑荷載位置對邊坡穩(wěn)定性的影響

為分析坡頂建筑荷載位置對邊坡穩(wěn)定性的影響，選取建筑荷載大小為45 KPa，剛性基礎距離坡肩的距離分別為2 m、3 m、4 m、5 m、6 m、7 m、8 m，邊坡穩(wěn)定性的計算結果如圖4所示。從圖4中可以看出，當剛性基礎距離坡肩的距離從2 m增加到8 m時，邊坡的下限安全系數(shù)從1.612增加到1.784，上限安全系數(shù)從1.686增加到1.827，增加幅度約在10%左右，并且當剛性基礎距離坡肩的距離大于5 m以后，邊坡的下、上限安全系數(shù)基本保持不變，說明剛性基礎距離坡肩長度的不同對邊坡穩(wěn)定性的影響存在一個臨界值。

圖4 距離坡肩不同距離下邊坡的下、上限安全系數(shù)

限于文章篇幅，選取剛性基礎距離坡肩為5 m時邊坡的下限剪切耗散如圖5所示。從圖5中可以看出，剛性基礎距離坡肩的長度存在一個臨界值，在這個臨界值附近的邊坡存在兩個潛在滑動面。其他不同距離下邊坡的下限剪切耗散圖與此類似，不再列舉。

圖5 剛性基礎距離坡腳5 m時邊坡的下限剪切耗散圖

5 結 論

(1)剛性基礎距離坡肩的長度相同時，隨著坡頂建筑荷載的增加，邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸減小。

(2)坡頂建筑荷載相同時，隨著剛性基礎距離坡肩長度的增加，邊坡的下、上限安全系數(shù)逐漸增加，但是此長度對邊坡穩(wěn)定性的影響存在一個臨界值。

(3)剛性基礎距離坡肩長度在臨界值附近時邊坡存在兩個潛在滑動面。