基于有限元强度折减法的某边坡稳定性分析.pdf

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1、CMYK工程试验与研究基于有限元强度折减法的某边坡稳定性分析姚江强朱晓娥(九江学院土木学院)【摘要】结合某公路边坡实例，运用大型有限元软件MIDAS/GTS建立边坡的平面应变二维模型，基于有限元强度折减法，对锚杆加固前后的边坡稳定性进行了研究，主要分析了锚杆加固前后边坡塑性破坏区以及安全系数的变化；同时着重讨论了锚固长度、锚杆间距、倾角等因素对边坡整体稳定性的影响，对影响边坡整体稳定性的因素进行了敏感性研究，分析了各因素与边坡安全系数之间的规律。【关键词】边坡；强度折减法；稳定性；MIDAS/GTS；锚杆[1

2、1]1引言对计算结果存在一定影响，根据张鲁渝的建议，选取坡脚到左端边界的距离L=12m，坡顶到右端边界的距离边坡稳定性分析一直是岩土工程中的主要研究内R=22m，坡底到底端边界的距离B=8m，模型尺寸比例如容。近年来，随着计算机技术和数值分析方法的发展，采图1所示。用强度折减法计算边坡的安全系数正逐渐成为新的趋势。该方法无需事先假定滑移面的形状和位置，能够反[1]映岩土材料应力、应变等的信息。锚杆由于安全可靠、施工简单、成本低，在边坡工程中得到广泛应用，能加固岩土体，限制其变形，改善岩土[2-5]体的力学参数

3、及应力状态。国内外众多学者通过数图1边坡边界范围比例示意图值计算方法研究了锚杆对边坡的安全系数和滑动面，彭文祥等[6,7]研究了锚杆长度、垂直间距、锚杆倾角、布设考虑计算精度以及计算耗时，网格单元取0.1m为位置、锚杆直径和砂浆厚度对边坡安全系数的影响；万划分单位，建立MIDAS/GTS数值模型。模型边界约束条林海等[8]研究了安全系数及其灵敏度与土钉设计参数件为下部固定，侧向受水平约束，上部为自由边界。土体之间的变化关系；张钦喜等[9]计算了土钉和面层连接、破坏符合Mohr-Coulomb准则，相关参数取值

4、见表1，初土钉倾角、土钉长度布设、土钉间距4种因素对基坑变始应力场按自重应力场考虑。锚杆对边坡产生附加作用形的影响；林杭等[10]分析了锚杆长度变化对边坡安全系可按锚杆的锚固段和自由段来分析，锚固段用MI-数和滑动面的影响以及锚杆的力学响应。DAS/GTS自带的置入式桁架模拟，自由段用一组相对力本本文利用大型有限元分析软件,采用强度折减模拟，与锚固段相连的自由段用一个节点集中力（取法,考虑土体大变形的影响,岩土体的本构关系采用500kN）模拟，另一端用分布力模拟（取125kN/m），如图2完全弹塑性模型,采用

5、Mohr-Coulomb屈服准则，对某所示。公路边坡进行稳定分析,探讨强度折减法在加锚杆边本文采用强度折减法（SRM）分析边坡的稳定性，只坡稳定性的应用。对岩土体材料的抗剪强度参数内聚力C和摩擦角φ进行折减。利用不收敛准则，结合边坡位移图、等效塑性云2数值计算模型图等来综合判断边坡是否破坏。通过5根锚杆与水平方某公路边坡计算模型尺寸为：边坡高度H=8m，坡角向的夹角（25°、30°、35°）、锚杆的锚固段（长度分别α=53°，按平面应变问题建立数值模型。由于模型边界为2.5m、4.5m、6.5m）和自由段（长

6、度分别为CMYK工程试验与研究1.0m、2m、3m）、沿边坡方向间距（1m、1.5m、2.0m），分析探响不大，边坡塑性应变云图呈现微小变化；说明设计采讨锚杆长度、锚杆倾角、锚杆间距分布形式对边坡滑动用超过边坡在自然条件下的滑动面的锚杆长度，不能有型式的影响。效减少塑性剪切带。表1土层和支护结构材料力学参数表2各工况下的边坡安全系数容重模量泊松比内摩擦角粘聚力锚杆倾角锚杆间距锚杆长度/m安全材料-3γ/KN.mE/MPaμф/°C/MPa/（°）/m自由段la锚固段lb总长l系数土19200.33635251

7、.02.51.03.53.0875锚杆78.5200000.3––251.04.52.06.53.0875251.06.53.09.53.0625301.02.51.03.53.0375301.04.52.06.53.0875301.06.53.09.53.0625351.02.51.03.53.0875351.04.52.06.53.0375351.06.53.09.53.0625251.52.51.03.53.1375图2锚杆作用在MIDAS/GTS简化251.54.52.06.53.1125251.56

8、.53.09.53.06253不同锚固方案对边坡稳定性的影响301.52.51.03.53.0875301.54.52.06.53.11253.1未加设锚杆边坡稳定性分析301.56.53.09.53.1125利用上述建立的数值模型，对边坡在自然状态下，351.52.51.03.53.1125考虑自重应力作用下，进行强度折减下得到安全系数为351.54.52.06.53.1125351.56.53.