有限元法理念之公路土坡稳固性与综合防护选择概述

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1、有限元法理念之公路土坡稳固性与综合防护选择概述1绪论1.1选题背景和意义改革开放30年来，我国公路工程建设发展迅猛，促进了国民经济的迅速墻长，推动了社会进步、提高了人民的生活质量。但同时也对自然环境产生了一定的负面影响：（1)公路建设过程中的边坡挖填造成岩土体的移动、变形，导致边坡的不稳定，增加了坡面的不稳定性，容易引发边坡失稳；（2)公路的建设过程也是一个破坏自然环境的过程，在公路建设中大量的边坡开挖破坏了原有植被覆盖层，容易引起水土流失、坡面土壤侵蚀、山体坊滑和大量次生裸地的出现，加剧了生态系统的退化。边坡失稳问题已成为公路工程建设中最常见的工程地质问题之一，因

2、边坡失稳引发的滑坡现象已变成同火山和地震相并列的全球性地质灾害。20世纪80年代中期之前，我国的公路工程多以低等级公路建设为主，深挖高填较少，边坡问题并不突出，没有引起足够的正视，缺乏针对性的系统研究，也没有成熟的处治经验供设计部门借考，导致边坡失稳现象时有发生。福建位于我国东南沿海，属于低山、丘陵区，地质情况复杂，地质环境脆弱。因为山多地少，用地条件差，境内公路建设多需开山挖隧和高填深挖，形成了大量的高睦边坡。同时，福建属于亚热带海洋性季风型山地气候，台风暴雨多，降雨量大，年降雨量达800-1900imn。特殊的气候条件和地质环境条件极易诱发大量的崩塌、滑坡和泥石

3、流等地质灾害，使福建省成为全国边坡失稳滑坡等地质灾害的主要易发区和多发区之一，给福建省的经济发展、公路建设和人民生命财产安全带来了极大的危害。1.2研究现状滑坡现象是边坡工程中的常见问题，边坡稳定性分析也是从滑坡现象的认识开始的，土质边坡稳定性的分析经历一个很长的历史过程，其出现和发展与人类工程活动和相关学科的迅速发展紧密相关。随着人们对土力学的深入研究，边坡稳定性的研究及其防护研究也得到了极大的发展。在边坡稳定性分析的基础上进行防护是十分重要的，对于不稳定或者可能失稳的边坡，需要先进行内力分析计算，然后综合坡面防护对边坡进行防护加固；对于稳定边坡则只需要进行坡面防

4、护即可。Petterson、S.Hultin[i]经过大量的观测与试验，认识到某些土体在产生滑动破坏时，其滑动面是一个近似圆柱面的曲面，并基于此提出了圆弧滑动面分析法，即瑞典圆弧法。Fellenius[2]将瑞典圆弧法应用于兼有摩擦力和粘聚力的利因素的影响而产生和加剧的。这些外界因素常常会导致土体抗剪强度的降低或者剪应力的增大，使岩土体中剪应力大于土体抗剪强度而造成滑动失稳。引起边坡岩土体中剪应力增大的主要因素是：坡顶堆载、行车荷载、基坑边坡高陡、开挖过深、土体遇水容重增加、岩土体竖向裂缝积水产生侧向静水压力、地下水渗流产生动力水压力等。造成岩土体抗剪强度降低的主要

5、因素有：土质、土体受水侵泡、在气候及风化作用下土质松软、开裂等。地层与岩性是控制边坡工程地质特点的主要因素，也是边坡稳定性研究的重要依据。因此，不同的地层岩性是影响边坡稳定的重要因素。从边坡失稳破坏的特征上看，地层不同，岩性不同其破坏表现形式也各不相同。这与地层中是否含有风化物质或者特殊矿物成分有关，这些特殊物质易在地层内形成滑动带。边坡的失稳破坏也受岩性的直接影响。岩性指的是组成岩石的物理、化学、水理以及力学性质，若这些性质发生改变，将会对边坡的稳定产生一定的影响。由某些岩性组成的边坡在自然状态或干燥条件下能保持良好的稳定性，但是在降水作用，特别是岩土体吸水饱和的

6、状况下，边坡岩土体的抗剪强度将明显的减小，边坡变得不稳定。.2.2土质边坡常见旳破坏类型通常以深层破坏形式出现。可以分为移动式和牵引式滑坡。推移式滑坡是因下部岩土体受到上部岩土的挤压而产生变形，具有较快的滑动速度，滑体表面波状直伏，常存在于有堆积体分布的斜坡地段。牵引式滑坡是因坡体下部发生滑动，导致上部坡体失去支撑而发生的变形滑动，一般情况下滑动速度缓慢，横行张性裂隙发育，在表面上多表现为陆坎状或阶梯状。在道路建设的过程中，碎落台设计或施工不当，易打破原斜坡的平衡状态，从而导致工程边坡发生滑坡灾害。滑坡的形成主要与地形地貌、岩土结构及降雨等因素有关，其主要诱发因素是

7、降雨。对于土质边坡来说，当坡角在3050度之间的土坡容易发生滑坡，且这类边坡多为整体滑坡破坏。边坡的失稳通常是指土质边坡在一定范围内整体沿着某一滑动面向外或向下移动而失去其稳定性，从力学的相关角度上来说是作用在滑坡这一系统下的下滑力超过了滑床的阻滑力的结果。边坡变形破坏可分为过渡类型和混合类型边坡破坏。其中，土质边坡失稳破坏类型又可详分为坡面破坏与整体失稳两大类。坡面破坏主要包括坡面侵蚀与剥落两类，整体失稳破坏又可划分为滑坡、崩塌、斜塌等破坏形式。..3土质边坡稳定性分析.......183.1基于有限元法旳公路土坡稳定性分析.......183.1.1有限元法