文摘
分析边坡的稳定性,研究了加固方案可以减少生态灾害,改善生态环境,保护人民的生命和财产安全。本文把左边的斜率ZK100 + 860∼+ 975切的Huizhou-Qingyuan部分Shantou-Zhanjiang高速公路为例,基于强度还原法(SRM),边坡的稳定性在不同条件下(自然条件,无支护开挖条件,暴雨条件下,和强化条件)通过使用有限元软件进行了分析。结果表明,边坡开挖前几乎是稳定的,和边坡稳定的安全系数降低由于开挖,因此处于一个不稳定的状态。雨水对边坡的稳定性有很大的影响。斜率是损害加深,暴雨条件下的稳定安全系数降低。边坡的稳定安全系数增加了24.3%后,锚杆和锚索的加固,边坡处于稳定状态。可以看出锚杆和锚索能有效控制边坡的变形,加固效果良好。
1。介绍
目前,有许多常用的方法分析边坡稳定性,包括切片方法,刚体极限平衡方法,塑性极限分析方法(1),极射赤面投影方法,和力量还原法(SRM)。然而,真正的理想方法分析边坡的应力、变形和稳定性的力量还原法(SRM) [2]。强还原法(SRM)在1960年代引入边坡稳定分析。之后,为了使其更适用于工程实践和研究边坡的破坏机理和特点,在中国许多学者在此基础上进行了深入的研究。元等人提出了一种新的基于广义非线性SRM方法Hoek-Brown(奸)标准,它提供了一种减少战略与精确的物理意义寻求最优参数组的岩石边坡破坏(3]。王等人提出了一个离散元素建模方法(共享)裂隙岩石边坡的稳定性基于位移统计强度的基础上还原法(SRM),可以加上anti-SRM贴合的边坡稳定性进行有效分析与潜在滑动面(4]。杨et al .,考虑岩体的非线性故障特点,提出基于非线性3 d-nsrnmm迷奸失效准则进行3 d分析岩石边坡边坡的稳定性研究[5]。聂等人使用常数边界元法离散化滑动质量研究SRM-related边坡不稳定条件和有一个相对可靠的结论6]。太阳et al .,基于弹塑性力学的增量方法和双线性投影算符方法,结合强度降低的方法φ- - - - - -ν减少不平等和提出了一个虚拟元素力量技术来分析边坡的稳定性(7]。周和华结合岩石力学理论,非线性有限元分析技术,和强度降低系数法提出了强度参数降低有限元方法,它能有效地分析顺层岩石路堑边坡的稳定性(8]。陈等人提出了一个动态斜坡稳定性评价方法基于动态和整体实力还原法和斜坡稳定性进行评价和支持分析(9]。一些学者把力量还原法与定量分析边坡极限平衡方法和评价其稳定性(10- - - - - -12]。基于上述研究成果,深入研究边坡问题,折减强度有限元法已成为主流方法来分析压力,位移,和斜坡的稳定性,以及一系列新的边坡研究方法推导出基于其基本原则。
在现有的情况下边坡稳定分析的基于有限元强度还原法(SRM),一些学者只考虑开挖对边坡稳定性的影响(13- - - - - -15)而忽略强降雨的影响。研究表明,暴雨也是最重要的一个影响边坡稳定的因素(16]。根据这种说法,许多学者进行了广泛的研究。太阳等人使用粉土斜坡的saturated-unsaturated强度和渗透理论研究了降雨入渗对边坡稳定性的影响,数值模拟(17]。田等人得到边坡的土壤力学参数通过三轴压缩、饱和渗透和其他岩土测试,在此基础上,建立了一个有限元模型来研究边坡的稳定性与降雨强度和持续时间(18]。歌和褐色进行了大量的室内降雨试验结合DIC图像技术来探索土壤边坡的破坏机制下暴雨,最后得到的故障特征斜率在不同的场景中(16]。岩石和土壤的物质属性,白等。19- - - - - -21]研究了粒子的相互作用和相互耦合机制的岩石和土壤,在边坡稳定发挥某些关键作用。
本文的研究是基于折减强度有限元法的原则(SRM)。以一个特定的边坡工程为实际案例,自然和边坡的开挖条件定量分析了Midas软件。同时,考虑到强降雨,研究降雨对边坡的影响,并提出了边坡设计方案根据实际工程需要的支持。这提供了一个基础研究不同工作条件下边坡的稳定性,解决实际工程问题,优化设计方案的支持。
2。项目背景
的Huizhou-Qingyuan部分Shantou-Zhanjiang高速公路位于广东省中部。项目路线始于Hengcha村,龙华镇龙门县,徽州城,穿过T字Guanghe公司的高速公路,结束在太和镇,清新,清远的城市,结合Qingyuan-Yunfu Shantou-Zhanjiang高速公路的部分,总长度为126200.0米。项目位于左侧ZK100 + 860∼ZK100 + 975切割、坡长115.0米,最大坡度的高度50.0米。这个地方位于山,地形差别很大。坡度的地面高程约为154.2∼186.2米,和自然边坡角大约是25∼30°。主线地图和斜率地形图如图1。
根据钻井资料和野外地质填图结果,边坡的岩石主要是第四纪塌积粉质粘土,燕山期花岗岩及其风化层。第四纪覆盖层和强风化层的斜率都厚,植被发育良好,没有关节测量斜坡区。的结构面发生如图2。这个地区气候温和,雨量丰富,地表径流对坡脚有很大的影响。大气降水是地下水的主要来源。根据钻井数据的稳定地下水位埋深约21米,测量在钻井深度,而另一些则没有。相关参数的山坡和各级阶段开挖后左侧表所示1。
3所示。边坡稳定性的数值模拟
3.1。有限元软件和方法
MIDAS GTS NX是一种常用的有限元数值模拟软件在岩土工程中,通常适用于建模隧道、斜坡和其他项目。它可以用于线性动态分析、渗透和整合分析,等等,可以模拟许多特殊的工作条件复杂的操作。斜率是建立有限元模型的大富翁,和边坡的稳定安全系数计算的强度降低的方法。强还原法(SRM)是一种常见的计算方法(边坡稳定的安全系数)。抗剪强度指标的基本原则是和土壤不断减少,直到边坡的极限平衡的临界状态。具体计算公式如下:
需要注意的事项如下:(1)的初始值修正系数的增量应该足够小,保证数值计算的结果和(2)的价值换算系数之前散度是边坡的稳定安全系数。
3.2。不稳定的选择标准
有三个主要的标准判断边坡不稳定折减强度有限元法:(1)的塑性区滑动面是完全连接(22](2)位移和应变的滑动面突然变化,导致一个非常大的和无限的塑性流动(23](3)两倍力和位移的收敛性判据;从力和位移的收敛性判据,该模型计算不收敛
3.3。数值模型和参数
根据地质资料和施工开挖方案,建立了有限元计算模型。有两种模型:一是模型在自然条件下,开挖后,另一个是地层模型,如图3。
(一)
(b)
这两个模型是151米长,100米高。根据自动网格生成,自然模型分为12116台和12364个节点。挖掘模型分为11178台和11389个节点。构造地应力场的边界条件应考虑底部和左右的模型和整体模型应与自重应力加载。考虑地层岩体属性特征,Mohr-Coulomb本构模型选择的模型网格材料,和特定的岩体材料的物理力学参数如表所示2。
3.4。结果分析
3.4.1。自然条件下的条件
强还原法(SRM)是用来计算边坡的安全稳定系数模型在自然条件下。结果表明,该值为1.05,滑动面不渗透,边坡处于不稳定状态。
如图4根据displacement-stress轮廓,中间的位移和边坡上部是最大的,最大位移达到0.0932米,岩层变形严重,经常起伏。在这个位置,沿着山坡向下变形显示一个下降的趋势,直到底部的斜率,岩层的位移很小,几乎没有发生变形。有效的塑性应变曲线如图5,结果表明,塑性变形区域的最大应变0.0246,边坡的滑动面从顶部延伸到坡脚,但没有渗透。滑动表面的长度是86米,它存在于一个弧线形状的粉质粘土和花岗岩地层之间的接口。整体滑动裂纹效果非常明显,剪出口位于山脚下。
3.4.2。开挖的条件不支持
根据Revit层地图,开挖后,建立了有限元模型,并施加边界条件。在此基础上,还原法用于强度计算边坡稳定。结果表明,边坡稳定性的安全系数降低到0.97五年级开挖后,和塑性区滑动面已经完全渗透。在这个时候,斜率是不稳定的。
图6给出了位移等值线。从图可以看出,大位移和边坡开挖后的变形主要集中在第四和第五的斜坡,和最大位移约为0.113 m,而位移和变形的第一,第二,第三斜坡相对较小,可以忽略。
有效的塑性应变曲线如图7。根据分析,滑带长约45米,4.5和8 m以下斜率之间的分布,和最大塑性应变的斜率为0.0322。与自然条件相比,滑动面是较短的长度,剪出口位置成为第四和第五斜坡之间的平台。
3.5。降雨入渗对边坡稳定性的影响
斜率是坐落在一个地区丰富的雨水和雨天一年四季。为了研究降雨对边坡稳定性的影响程度,数值模拟软件是用来模拟和分析降雨对边坡稳定性的影响。
本文基于挖掘边坡模型,在建立模型时,根据土壤数据表2,相应的材料属性是给每一个阶层。材料的渗透率和含水的函数被定义为范Genuchten模型和具体特性曲线如图8和9。表达式是 在哪里是土壤体积含水量;压头;和和代表残余体积含水量和饱和土壤体积含水量,分别。一个,n是经验拟合参数。在这篇文章中,= 0.35,= 0.64;一个= 0.2,n= 3,米= 0.66。
当建立模型的降雨条件下,初始地下水位的影响应该充分考虑。摘要压头的操作节点设置为0。整个坡面降雨入渗模型集的表面,大雨持续24小时是作为短期暴雨条件。降雨强度的设置,采用弯曲的流量,降雨强度是300毫米/ d。最后,8小时周期分为三个阶段进行计算和分析。模型如图10。
结果表明,边坡安全系数降低到0.95后24小时降雨入渗,斜率是极其不稳定的。边坡的变形特征基本上是一样的那些没有降雨。变形程度而言,如图11的初始位移斜率相比几乎翻了一番,没有降雨,和最大位移斜率已经达到0.222米。圆的位置滑动面相比没有明显的变化没有降雨,但塑性区损伤加剧。如图12、最大塑性应变变化从0.0322到0.0768,增加了138%。孔隙水压力等值线图的降雨前后是表面,ISO标准设定的值和降雨前后等值线图如图13。孔隙水压力相比之前和之后的降雨,发现24 h后,水位的斜率明显增加,孔隙水压力也会增加。
(一)
(b)
一般来说,降雨入渗将严重影响变形的岩石和土壤的质量,从而影响边坡的稳定性。应充分考虑降雨的影响边坡开挖和加固优化设计。
4所示。边坡加固和结果
4.1。选择边坡加固方案
以下4.4.1。设计的强化措施
它是通过计算发现,开挖后边坡的安全系数小于1,边坡的位移和变形很大,和国家是极其不稳定的。降雨后,边坡的稳定性安全系数降低,边坡破坏加剧,变形更严重。鉴于上述情况,应采取强化措施的斜率。根据上述的分析边坡的变形机制和破坏特点,决定采用锚杆格构梁等措施,锚索框架梁和喷射混凝土加固。见表3为特定的强化措施和图14为强化效果。
4.1.2。强化和保护结构的设计
(1)屋顶螺栓。螺栓孔的直径是110毫米,和螺栓是由HRB400钢筋的28毫米。锚长8.5米,设计撤军阻力是60 kN。锚长11.5米,设计撤军力90 kN。灌浆体采用M30水泥浆。灌浆方法采用底部的洞。禁止打开绑定PVC灌浆管灌浆过程中。注浆管不得重用。灌浆完成后,灌浆孔应补充。M30水泥砂浆用于灌浆补给,添加防锈剂M30水泥浆。图15给出了加固原理图。
(2)预应力锚索。预应力锚索体是由普通预应力钢链15.2毫米标准抗拉强度1860 MPa,高强度和低松弛。锚索体采用4股钢铁股,和锚索钻孔直径130米,设计拉伸力400 kN,锁定480 kN的张力;5∼6包钢铁股用于锚索体,锚索钻孔的直径150毫米,锚索的设计张力是500 kN,锁定张力是600 kN。锚固长度10米,采用二次灌浆,和水泥砂浆的强度M40倒。主要的灌浆压力不小于0.5∼1.0 MPa,和二次灌浆压力不小于1.5∼2.0 MPa。加固效果如图16。
(3)他人。锚梁的截面尺寸为0.3×0.3米,与锚索框架梁是0.4×0.4米。C30混凝土用于浇注,每个梁是6米长。梁之间设置伸缩缝施工。图17和图18显示强化效应。
4.2。有限元法在边坡加固中的应用
采用Midas仿真支持措施,针对摩尔-库仑本构模型修改仍采用岩石和土壤。采用弹性本构模型的支持材料。混凝土单元类型1 d板、横截面是一个坚实的矩形,锚杆和锚索1 d嵌入桁架,横截面是圆的,支持材料属性参数如表所示4。锚网梁和一个不能单独模拟锚索框架梁,因此它们转化成具体的数值模拟过程中。
网格划分后,新模型分为11404台和11558个节点,和整个地应力约束,自重、预应力补充道。通过锚建模助手,支持措施,如锚棒和群锚被添加到模型中。锚杆和锚索的夹角和水平面200°。网格图支持后如图19。在模型建立之后,SRM在施工阶段用于计算。
4.3。稳定性分析的加固方案
4.3.1。无雨的边坡的稳定性分析
根据SRM原则计算,数值模拟支持措施下的边坡的稳定安全系数为1.18。图20.。斜率的锚定效应明显;滑移区几乎消失了。如图21、位移变形减少到允许的范围内,和滑坡变形控制。最大位移变形位于坡肩,和位移值是0.034。
4.3.2。分析降雨边坡稳定的影响
应用上述边界条件与降雨相关强化模型和重复上述操作,计算边坡稳定的安全系数为1.15。根据研究,发现边坡土壤加固后的支持,和降雨量的影响边坡的稳定性降低。支持后,边坡在降雨条件下的最大位移是0.0485米,低于78.1%的坡度不支持,这是0.222米。图22提供详细的注意。在图23可以看出,仍然没有滑动区边坡加固后,甚至在暴雨条件下,表明加固效果非常理想。
5。结论
论文的主要结论如下:(1)自然条件下的边坡的稳定安全系数为1.05,斜率是基本稳定。开挖后的边坡,由于大开挖体积和地球的大调整压力边坡开挖后的身体,很容易形成一个大型休闲区,导致边坡的稳定性的降低,稳定安全系数降低到0.97,使整个边坡处于不稳定状态。(2)暴雨条件对边坡的稳定性有很大的影响,以及安全系数降低到0.95暴雨条件下开挖后边坡位移变形增加了98%,塑性区损伤也加深,和最大塑性应变值增加138%。在这些条件下,塑料容易斜率等疾病沿着构造面崩溃和放弃,所以有必要加强边坡降雨时间。(3)参照变形机理、故障特征、边坡的地质条件,提出采用锚网梁和预应力锚索框架梁加固边坡表面。(4)通过数值模拟钢筋的斜率,可以发现,锚定效应是明显的,边坡的变形和位移显著降低,边坡安全系数为1.18,边坡处于稳定状态。边坡的安全系数是1.15通过模拟边坡加固后暴雨条件下。它可以发现,即使在暴雨条件下,不存在大变形,斜率仍处于稳定状态。
数据可用性
使用的数据来支持这个研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究是由河北地质大学博士科研启动资金和河北大学青年基金项目(QN202105)和河北省重点研发项目(22371701 d)和河北省创新能力提升计划(21567628小时)。