界面土層軟化對二元結構黃土邊坡穩定性的影響分析*

黃麗華

（河西學院 土木工程學院，甘肅 張掖734000）

隨著國家西部大開發戰略的實施，為帶動經濟的發展，西部高速公路建設發展迅速，但在高速公路建設過程中常會遇到上部為黃土層、下部為基巖層的典型二元結構黃土邊坡[1-3]。然而二元結構黃土邊坡界面土層軟化后的穩定性如何還缺少系統研究。本文采用有限元軟件Midas GTS NX建立了含軟化界面土層的二元結構黃土邊坡數值計算模型，分析了軟化土層厚度及軟化度對二元結構黃土邊坡穩定性的影響規律。研究結果可為二元結構黃土邊坡的設計及養護提供一定參考依據，具有實際工程意義。

1 有限元數值計算模型的建立

本文采用有限元軟件Midas GTS NX建立含界面軟化土層的二元結構黃土邊坡，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。含軟化界面土層的二元結構黃土邊坡的計算模型示意如圖1所示。

圖1 含界面軟化土層的二元結構黃土邊坡的計算模型圖

含界面軟化層的二元結構黃土邊坡穩定性計算時，“基巖”“界面軟化黃土”及“黃土”的本構模型均采用摩爾-庫倫模型，具體的計算參數如表1所示。

表1 含界面軟化層的二元結構黃土邊坡的計算參數

2 不同界面軟化土層厚度對黃土邊坡穩定性的影響

為分析不同界面軟化土層厚度對二元結構黃土邊坡穩定性的影響，選取基巖傾角為10°，界面軟化土層厚度分別為0.3m、0.5m、0.7m、0.9m、1.0m、1.2m，黃土邊坡穩定性的計算結果如圖2所示。從圖2中可以看出，當軟化土層厚度從0.3m增加到1.2m時，黃土邊坡的安全系數從1.828減小到1.726，減小幅度為5.6%。軟化土層厚度為0.9m時，黃土邊坡的塑性云圖如圖3所示。

圖2 不同界面軟化土層厚度下黃土邊坡的安全系數

圖3 黃土邊坡的塑性云圖（軟化土層厚度為0.9m）

3 不同軟化度對黃土邊坡穩定性的影響

為定量分析土層軟化程度對二元黃土邊坡穩定性的影響，定義黃土的軟化度：

式（1）中，f軟件土體，f土體分別為軟化及未軟化黃土層的土體參數。

通過前人的研究[4]，表明對邊坡穩定性影響較大的抗剪強度參數，所以本文重點考慮黃土層黏聚力和內摩擦角的軟化。黃土邊坡穩定性分析時，采用相同的軟化度對黃土的黏聚力和內摩擦角進行折減。二元黃土邊坡穩定性分析時，選取基巖傾角為10°，界面軟化黃土層厚度為0.3m，軟化度 分別取1.0、0.8、0.7、0.5、0.4、0.3、0.2，計算結果如圖4所示。從圖4中可知，當黃土層軟化度在1.0～0.2變化時，二元黃土邊坡的安全系數從2.451降低到1.231，減小了近50%。可見，界面黃土層土體的軟化對二元黃土邊坡穩定性的影響很大。軟化度為0.2時，黃土邊坡的塑性云圖如圖5所示。

圖4 不同軟化度下黃土邊坡的安全系數

圖5 黃土邊坡的塑性云圖（軟化度為0.2）

4 結論

（1）隨著軟化土層厚度的增大，二元結構黃土邊坡安全系數的減小幅度小于10%。

（2）相同軟化黃土層厚度下，界面土層軟化度對二元黃土邊坡穩定性的影響很大，邊坡安全系數與軟化度近似呈線性趨勢減小。