利用Plaxis軟件分析施工過程中路塹邊坡的穩定性

陳瑋龍 周春梅

(武漢工程大學土木工程與建筑學院 湖北 武漢 430074)

引言

隨著我國高速公路建設的快速發展，在山區這種地質復雜的地方建設的公路密度也在增大。目前，國內外專家對邊坡的施工技術和穩定性控制方法都開展了許多的研究[1-3]，為實際邊坡施工提供了一定的保障。趙尚毅通過數值分析認為應該允許邊坡產生一定的應變，讓其發揮邊坡的自穩性；陳向陽分析認為及時實時支護會使邊坡的穩定性顯著提高，減小了剪切應變增量面積和最大值，從而使施工安全風險降低。

本文結合墨臨高速公路K272+880路段挖方邊坡的施工，通過Plaxis建模分析，對施工過程中邊坡的應變、應力和安全系數進行了計算分析，以此來進一步了解路塹邊坡在施工過程的變化規律。

一、工程概況

以墨江至臨滄公路K272+880路段深挖風化花崗巖邊坡為研究對象。設計擬以深挖路塹形式實現。該深挖路段總長200m。施工開挖后將在路線左側形成高約35.78m的土質邊坡，右側形成高約53.82m的土質邊坡，中心最大挖方高度約31.869m。路塹邊坡地層表部分布有2～3m厚的四系粉質黏土，下部為混合花崗巖，全風化層厚度大，全風化花崗巖呈砂土狀散體結構，遇水易崩解。

二、Plaxis2D模型的建立

根據K272+800邊坡典型橫斷面，利用Plaxis有限元軟件建立計算計算模型。模型底部固定，兩側法向約束，采用Morh-coulomb屈服準則。

三、開挖計算結果分析

(一)自然狀態下邊坡的穩定性

圖1和圖2分別是自重應力下未開挖時邊坡的水平應力和豎向應力云圖，可以看出邊坡的初始應力分布較均勻的，無應力集中的現象。同時，計算得到開挖前邊坡的安全系數為2.15，說明邊坡初始狀態很穩定。

圖1 邊坡開挖前的水平應力云圖

圖2 邊坡開挖前的豎向應力云圖

(二)邊坡在邊開挖邊支護過程中的穩定性

邊坡開挖依據邊坡設計方案，從上向下依次按照設計的坡率對邊坡進行施工，并采用邊開挖(當開挖第4至第1級時，及時對邊坡進行錨桿加固。圖3為開挖并支護后邊坡的水平應力分布云圖。隨著邊坡淺層土體的移除，當整個開挖并支護完成后，邊坡整體處于受壓狀態，這說明邊坡穩定性較好。

圖4為不同開挖階段邊坡的水平位移云圖。邊坡的開挖施工的過程中，隨著邊坡上部土層逐漸被清除，產生較明顯的卸荷效應，使得邊坡原有水平位移呈現減小趨勢。但對于開挖后進行了支護的邊坡，整個施工結束后邊坡的變形量會比較小。

圖3 開挖并支護后邊坡的水平應力分布云圖

四、結語

控制邊坡的穩定性是工程施工過程中的關鍵問題之一，邊坡穩定性的影響因素很多。本文結合墨臨高速公路K272路段挖方邊坡的施工。采用Plaxis2D建模的方法對施工過程邊坡穩定性進行了探索，主要結論有：1.隨著邊坡施工的進行，邊坡安全系數先增加后減小。2.邊開挖邊支護的施工方式對邊坡穩定性的控制有利。全部開挖后再進行加固可能會讓邊坡產生較大位移，對邊坡的穩定不利。