基于滑塌实例的边坡力学参数反算与破坏模式分析

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1、第36卷，第3期公路工程Vo1．36，No．32011年6月HighwayEngineeringJun．，2011基于滑塌实例的边坡力学参数反算与破坏模式分析王超，蒋宏兴，杨峰。(1．湖南省炎汝高速公路建设开发有限公司，湖南长沙412500；2．中铁隧道集团有限公司杭州分公司，浙江杭州310030；3．中南大学土木工程学院，湖南长沙410075)[摘要]高速公路隧道洞口常存在明显的偏压，一般在偏压洞口明暗交界前方设置明洞。为减少开挖量，偏压侧临时边坡往往较陡，受降雨或施工扰动易产生失稳滑塌。针对隧道洞口临时边坡滑塌的工程实例，采用极限分析上限有限

2、元法反算边坡力学参数，并进行边坡破坏模式特征的探讨，从而为类似地质条件下隧道洞口边坡稳定性分析、加固与防护以及现场施工提供借鉴。[关键词]隧道；边坡；稳定性；极限分析；上限法；破坏模式[中图分类号]U416．14[文献标识码]B[文章编号】1674—0610(2011)03—0063—03FailureMechanismAnalysisandMechanicalParameterCalculationofSlopeBasedonCaseStudyWANGChao，JIANGHongxin，YANGFeng，(1．HunanYanruExpress

3、HighwyConstructionDevelopmentCompanyLtd，．Yanling，Hunan412500。China；2．ChinaRailwayTunnelGroupCO．，LTDHangzhouBranch，Hangzhou，Zhejiang310030，China；3．SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，CentralSouthUniversity，Changsha，Hunan410075，China)[Keywords]tunnel；slop；stability；limitana

4、lysis；upperboundsolution；failuremechanism行计算分析的前提条件。然而，岩土体材料往往具0引言有明显的离散性，通过试验手段获取的参数也可能高速公路隧道洞口段常存在浅埋偏压，当偏压精度较低。现象特别明显时，为降低洞口开挖量并保证隧道洞若根据工程区域已有的边坡滑塌工程案例进行口运营安全，洞口需设置一定长度的明洞。工程实力学参数反算，推求合理的力学参数取值范围，以此践发现，为减少洞口偏压侧的土方开挖量，在地质条对现有边坡稳定性进行验算，成为直接有效且合理件允许下往往采用较陡的边坡。考虑到明洞施工完的方法。毕并回填土

5、方后，临时边坡高度大为降低，因此边坡本文针对已有的隧道洞口边坡滑塌工程案例，防护的安全系数往往较低。采用极限分析上限有限元法进行稳定性计算，求解实际上，洞口临时边坡也可能接近极限平衡状边坡失稳状态对应的多组力学参数，并对计算得到态。不少工程实例表明，如施工期间出现降雨或其的破坏模式进行分析，依据破坏形态获得与实际工它施工扰动，洞口边坡易产生滑塌。现阶段已有不程对应的力学参数，并提出类似地质条件下隧道洞少文献进行了高速公路边坡稳定性分析和加固方法口边坡的加固和施工建议。和研究。。而对隧道洞口临时边坡的稳定性进行1极限分析上限有限元分析并提出针对性的

6、加固措施和施工建议无疑具有重要意义。极限分析上限法是进行岩土体稳定性分析的有边坡稳定性分析所需力学参数的准确获取是进效手段。目前应用较多的上限法与极限平衡法[收稿日期]201i一03—27[作者简介】王超(1978一)，男，湖南沅江人，工程师，主要从事公路工程施工与管理。公路工程36卷类似，需要假定破坏模式，因此降低了其实用性。模型采用编制的二维上限有限元程序进行网格本文采用的极限分析上限有限元法的基本原理划分。在坡面附近划分较密集的网格，右下侧距离基于Sloan等(1995)所做的工作。即采用三节点坡面较远处网格稀疏。该模型的上限有限元网格基三

7、角形常应变率单元将可能的破坏区域离散，单元本参数见表1。内部和速度间断线上的速度均为线性分布。单元闯考虑到破坏仅发生在边坡坡面附件范围，模型均设置速度间断线，并将莫尔一库伦屈服准则利用的约束条件设置为：左侧、右侧和下侧边界水平和竖外接多边形进行线性化处理。以上处理方式均为形向速度均为零(如图1)，即“=0，=0。此外，由于成基于线性规划模型的上限有限元。即：边坡地表无荷载，外荷载仅为岩土体自重荷载，于是最小化：{c)‘{)还需施加体力约束条件：IvdV，其中tJ为单元竖向服从于：[A¨)={)JP速度，为模型体积；该约束的物理意义为：当容重其中：

8、{c)为目标函数的系数向量；f)为全局优化=l时，岩土体自重功率为1。变量，由单元节点速度(大小无限制)、速度间断线辅助速度参数(非负值