类土质边坡开挖过程中的变形数值模拟分析

2018-05-14杨广超

丝路视野 2018年27期

【摘要】本文结合我国惠莞高速公路（惠州段）路堑高边坡工程施工实例，研究了边坡开挖过程中的变形规律，最大位移和最大塑性变形位置。研究表明：在开挖施工作用下，边坡的最大竖向位移为坡顶处，最大水平向位移为边坡中间部位，而不是位于坡顶或是坡脚处；塑性变形从坡顶向坡脚延伸，形成贯通的塑性区，最大塑性变形区域位于边坡中间部位。其研究方法和结论能够为类似工程设计及施工提供一定程度上的参考依据。

【关键词】类土质边坡；边坡开挖；变形；数值模拟

一、引言

高速公路通常傍山沿河而行，多数路段都位于自然斜坡上，有些边坡失稳甚至破坏路基、桥梁、隧道，造成工程损失与人员伤亡。在高速公路易发生破坏的边坡中，坡残积物、全风化岩以及强风化岩边坡占有很高的比例。据对贵州全省9条高等级公路边坡灾害的不完全统计，风化岩和残积土边坡失稳产生的滑坡占高等级公路边坡滑坡的76.4%；福建、广东、云南、湖南、湖北等省区很多山区高速公路的风化岩和残积土边坡破坏也占边坡滑坡的多数。因此，对这类边坡进行系统分析、研究和总结具有很大的实用价值。

二、工程概况

本文选取惠莞高速公路（惠州段）最具典型性的YK28+234.2～YK28+356.2右侧高边坡进行研究。

根据地质情况，该边坡滑坡破坏模式为滑移—拉裂型破坏。此类滑坡破坏模式，边坡体沿下伏软弱面向坡前临空方向滑移，并使滑移体拉裂解体，导致滑坡发生在前缘临空的顺层上。

三、数值模拟分析

（一）计算模型建立

采用ABAQUS有限元数值模拟软件，对危险断面YK28+276进行边坡开挖变形模拟计算。YK28+234.2～YK28+356.2右侧高边坡为五级边坡，下面两级坡面坡比为1：0.75，上面三级坡面坡比为1：1，为了简化模型，将下面两级坡面合成一级坡面，上面三级坡面合成一级坡面，计算模型网格划分见图1。

材料简化为均质强风化砂岩，具体参数见表1。模型采用Mohr-Coulomb屈服准则，选取剪胀角0=ψ°時的非关联流动法则，计算中未考虑支护的作用，以分步形式描述开挖过程中边坡变形的情况。为了分析整个坡面的变形情况，在计算模型中选取3个特征点A、B、C，分别位于坡脚、坡中和坡顶，具体位置和模型尺寸见图2。

（二）计算结果分析

根据数值计算结果，可得坡体内在第二部分开挖过程中最大的位移矢量分布情况，见图2；可得坡体内在第二部分开挖过程中A、B、C点处位移与荷载步变化情况，见图3～5。

从位移矢量图2上可知，在第二部分开挖完成后，位移矢量方向为沿坡顶处向下至坡脚处，已形成了一个滑移带，与其它部位的位移矢量相比，位移变化数值较大。从位移与荷载步变化曲线图3～5上可知，在坡脚A点处，第一部分开挖荷载步完成后，位移变化较小，为0.011m，第二部分开挖荷载步完成后，位移变化有所增加，为0.039m；在坡中部B点处，第一部分开挖荷载步完成后，位移变化较小，为0.023m，第二部分开挖荷载步完成后，位移变化值较大，为0.45m；在坡顶C点处，第一部分开挖荷载步完成后，位移变化值较小，为0.010m，第二部分开挖荷载步完成后，位移变化值也较大，为0.435m。