存在荷载边坡的稳定性影响因素的敏感性分析

王乐

摘要：有鉴于有建筑物的边坡越来越多，而地震、边坡坡高、建筑物大小（即荷载大小）以及建筑物位置（即荷载位置）都对边坡稳定性有很大的影响，分清影响因素的主次，可以为治理此类边坡提供依据。文章通过GEO-studio采用有限元法进行边坡数值模拟，通过正交实验法分析了各个因素对边坡稳定性影响的敏感性，发现影响边坡稳定性因素的主次顺序为：坡高H影响最大，其次是荷载距离L，荷载P与地震加速度α相差无几。通过模拟分析发现，荷载距离大于12m时，荷载位置对边坡稳定性影响就微乎其微了。

Abstract： In view of the increasing number of slopes in buildings， earthquakes， slope heights， building sizes （load sizes） and building locations （load locations） have a large impact on slope stability. Distinguishing the primary and secondary factors of influence can provide a basis for the treatment of such slopes. In this paper， the numerical simulation of slope is carried out by GEO-studio using finite element method. The sensitivity of each factor to the stability of slope is analyzed by orthogonal experiment. The order of the factors affecting the stability of slope is found：  the influence of slope height H is the largest， followed by the load distance L， and the load P is almost the same as the seismic acceleration α. Through simulation analysis， it is found that when the load distance is greater than 12m， the impact of the load position on the slope stability is negligible.

关键词：边坡稳定性;敏感性分析;荷载位置;荷载大小;地震

Key words： slope stability;sensitivity analysis;load location;load size;earthquake

中图分类号：TU413.6+2                                 文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0147-03

0  引言

随着城市快速发展，出现了越来越多的人工邊坡，相当一部分的人工边坡上面是有建筑物的;曹思威[1]就此利用FLAC3D研究了边坡上建筑物荷载以及荷载位置变化对边坡稳定性的影响，发现当荷载位置距离边坡大于12m以后，荷载位置对边坡稳定性影响微乎其微了。影响边坡稳定性因素很多，主要分为内因和外因，内因主要有边坡土体的物理性质，包括土体的内摩擦角、黏聚力、容重、土体中初始水位线等，外因主要有降雨、地震等。石诚鋆[6]等利用灰色关联分析方法，就降雨强度、降雨持续时间、坡比、坡高和岩体的渗透系数5个因素进行了边坡稳定性影响的敏感性分析。杨欢[2]采用正交实验方法分析了Hoek-brown 参数变化对边坡稳定性的影响。詹光亮[3]用拟合分析法，分析了岩体黏聚力、内摩察角、孔隙水压力以及地震对滑体稳定性的影响。蒲朝钦[4]等利用正交实验法和FLAC3D，研究了不同岩体容重、泊松比、黏聚力、内摩擦角等对层状岩质边坡的稳定性影响。翟明洋[5]等基于GEO-studio有限元应力法，提出一种新的分析方法对均质边坡进行了敏感性分析，发现对边坡稳定性影响的主次顺序为：粘聚力>内摩擦角>坡高>容重>坡角。毛新生[7]等选取地震加速度，粘聚力，内摩擦角，库水位变化和容重5个因素，利用正交实验法分析了其对边坡稳定性影响的敏感性。以上文章就传统边坡的稳定性影响因素包括内因外因都进行了敏感性分析，但人工边坡中边坡上建筑荷载以及荷载的位置都不曾考虑，文章就此展开选取水平地震加速度α、边坡上建筑物荷载P、荷载距离边坡位置L以及坡高H，4个因素，这里荷载为长8m的均匀荷载，利用GEO-studio软件中Quake/w模块中有限单元法和Slope模块进行分析，通过正交实验法进行边坡稳定性影响敏感性分析，并为相关工程的治理提供一些参考。

1  基本理论

1.1 摩尔-库伦理论

文章材料破坏标准选择moher-coulomb强度理论，moher-coulomb理论最早由coulomb提出，coulomb认为土单元体满足公式（1）就达到极限平衡状态即破坏状态。Moher深化了coulomb的研究，认为当材料破裂时，法向应力？滓与抗剪强度？子f之间存在单值函数的关系[9]，即公式（1）。

2  边坡稳定性数值模拟及敏感性分析

2.1 模型的建立与参数选取

边坡模型如图1，文章利用CAD创建边坡二维模型，然后导入GEO-studio软件中进行网格划分，其全局网格单元尺寸设置为1.5m，网格的形状模式为四边形与三角形，如图2。边坡模型的物理参数如表1，边坡为均质边坡，其中坡高为10m，坡角为63°。

2.2 试验因素水平选取及计算分析

通过GEO-studio模拟了坡顶建筑物对地基压力为80kPa时，随着坡顶建筑物距离边坡位置越来越大时安全系数与坡顶建筑物位置的关系如图4所示，距离边坡的位置分别选0m，2m，4m…18m。通过图4所示的安全系数与坡顶建筑物位置的关系可知，坡顶建筑物距边坡12m时，坡顶建筑物对边坡稳定性影响就可以忽略不计了。这里选取0m、4m、8m、12m为水平。

根据《建筑地基基础设计规范》（2011）表3.0.3中砌体承重结构、框架结构小于等于5层时，地基承载力特征值100kPa？燮fak？燮130kPa，所以这里选坡顶建筑物对边坡的压力为30kPa、60kPa、90kPa、120kPa为水平，这里荷载为长8m的均匀荷载。根据《建筑抗震设计规范》（2010）中表3.2.2将地震加速度设为0.05g，0.10g、0.20g、0.4g;分别对应6、7、8、9抗震设防烈度。由文[10]指出地震水平加速度是影响边坡稳定性的主要因素，所以文章主要考虑水平地震加速度，具体加速度如图5所示。坡高为一水平其值设定为5m、10m、15m、20m，其图如图3所示。

通过上述分析，正交试验表为L16（44），采用L16（45）正交表;各因素水平选取如表2。

通过极差分析表（表4）可知对边坡稳定性影响敏感度为：坡高影响最大，其次是坡顶建筑物离边坡的距离，水平地震加速度和建筑物对地基的压力对边坡稳定性影响相当且最小。可能是边坡材料的物理性质较好，所以建筑地基压力及水平地震加速度对边坡穩定性影响较小。

3  结语

文章利用GEO-studio软件通过有限单元法分析计算了边坡稳定性系数，分析了水平地震加速度α、边坡上建筑物荷载P、荷载距离L以及坡高H，4个因素对边坡稳定性影响的敏感度，发现因素影响的主次顺序为：坡高H影响最大，其次是荷载距离L，荷载P与地震加速度α相差无几。提出如下建议：①当坡高大于10m时，边坡要进行加固措施，如挡土墙、土钉等;②当荷载距离L小于12m时，施工设计要仔细对待，同样要进行加固措施。不足之处：文章采用GEO-studio软件进行模拟计算，其对地震方面的模拟并不精确。

参考文献：

[1]曹思威，许万忠，李四全.基于FLAC～（3D）的坡顶建筑荷载对边坡稳定性的影响分析[J].中国水运（下半月），2018，18（09）：223-225.

[2]杨欢.基于Geo-slope的岩质边坡稳定性参数敏感性分析[J].公路工程，2018，43（05）：289-293.

[3]詹光亮.滑坡体稳定性影响因素敏感性分析[J].宁夏工程技术，2018，317（03）：253-256，259.

[4]蒲朝钦，余红兵，李继业，张剑兴.层状岩质边坡安全系数敏感性分析[J].工程爆破，2018，24（04）：14-18.

[5]翟明洋，盛建龙.边坡稳定性因素敏感性分析及可靠度研究[J].矿业研究与开发，2017，37（08）：5-8.

[6]石诚鋆，阮永芬，施炳军，刘克文.降雨入渗对边坡稳定性影响的敏感性分析[J].防灾减灾工程学报，2016，36（06）：1002-1007.

[7]毛新生，张玉灯，郑涛.基于正交设计的边坡稳定性影响因素敏感性分析[J].灾害与防治工程，2008（01）：36-41.

[8]董如何，肖必华，方永水.正交试验设计的理论分析方法及应用[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2004（06）：103-106.

[9]李广信，张丙印，于玉贞.土力学[M].二版.清华大学出版社.

[10]王江荣，梁永平，欧国海.地震和暴雨工况下石头坪景区高边坡稳定性的数值模拟分析[J].安全与环境工程，2018，25（05）：29-33.