存在荷載邊坡的穩定性影響因素的敏感性分析

王樂

摘要：有鑒于有建筑物的邊坡越來越多，而地震、邊坡坡高、建筑物大小（即荷載大小）以及建筑物位置（即荷載位置）都對邊坡穩定性有很大的影響，分清影響因素的主次，可以為治理此類邊坡提供依據。文章通過GEO-studio采用有限元法進行邊坡數值模擬，通過正交實驗法分析了各個因素對邊坡穩定性影響的敏感性，發現影響邊坡穩定性因素的主次順序為：坡高H影響最大，其次是荷載距離L，荷載P與地震加速度α相差無幾。通過模擬分析發現，荷載距離大于12m時，荷載位置對邊坡穩定性影響就微乎其微了。

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.

關鍵詞：邊坡穩定性;敏感性分析;荷載位置;荷載大小;地震

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

中圖分類號：TU413.6+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0147-03

0 ?引言

隨著城市快速發展，出現了越來越多的人工邊坡，相當一部分的人工邊坡上面是有建筑物的;曹思威[1]就此利用FLAC3D研究了邊坡上建筑物荷載以及荷載位置變化對邊坡穩定性的影響，發現當荷載位置距離邊坡大于12m以后，荷載位置對邊坡穩定性影響微乎其微了。影響邊坡穩定性因素很多，主要分為內因和外因，內因主要有邊坡土體的物理性質，包括土體的內摩擦角、黏聚力、容重、土體中初始水位線等，外因主要有降雨、地震等。石誠鋆[6]等利用灰色關聯分析方法，就降雨強度、降雨持續時間、坡比、坡高和巖體的滲透系數5個因素進行了邊坡穩定性影響的敏感性分析。楊歡[2]采用正交實驗方法分析了Hoek-brown 參數變化對邊坡穩定性的影響。詹光亮[3]用擬合分析法，分析了巖體黏聚力、內摩察角、孔隙水壓力以及地震對滑體穩定性的影響。蒲朝欽[4]等利用正交實驗法和FLAC3D，研究了不同巖體容重、泊松比、黏聚力、內摩擦角等對層狀巖質邊坡的穩定性影響。翟明洋[5]等基于GEO-studio有限元應力法，提出一種新的分析方法對均質邊坡進行了敏感性分析，發現對邊坡穩定性影響的主次順序為：粘聚力>內摩擦角>坡高>容重>坡角。毛新生[7]等選取地震加速度，粘聚力，內摩擦角，庫水位變化和容重5個因素，利用正交實驗法分析了其對邊坡穩定性影響的敏感性。以上文章就傳統邊坡的穩定性影響因素包括內因外因都進行了敏感性分析，但人工邊坡中邊坡上建筑荷載以及荷載的位置都不曾考慮，文章就此展開選取水平地震加速度α、邊坡上建筑物荷載P、荷載距離邊坡位置L以及坡高H，4個因素，這里荷載為長8m的均勻荷載，利用GEO-studio軟件中Quake/w模塊中有限單元法和Slope模塊進行分析，通過正交實驗法進行邊坡穩定性影響敏感性分析，并為相關工程的治理提供一些參考。

1 ?基本理論

1.1 摩爾-庫倫理論

文章材料破壞標準選擇moher-coulomb強度理論，moher-coulomb理論最早由coulomb提出，coulomb認為土單元體滿足公式（1）就達到極限平衡狀態即破壞狀態。Moher深化了coulomb的研究，認為當材料破裂時，法向應力？滓與抗剪強度？子f之間存在單值函數的關系[9]，即公式（1）。

2 ?邊坡穩定性數值模擬及敏感性分析

2.1 模型的建立與參數選取

邊坡模型如圖1，文章利用CAD創建邊坡二維模型，然后導入GEO-studio軟件中進行網格劃分，其全局網格單元尺寸設置為1.5m，網格的形狀模式為四邊形與三角形，如圖2。邊坡模型的物理參數如表1，邊坡為均質邊坡，其中坡高為10m，坡角為63°。

2.2 試驗因素水平選取及計算分析

通過GEO-studio模擬了坡頂建筑物對地基壓力為80kPa時，隨著坡頂建筑物距離邊坡位置越來越大時安全系數與坡頂建筑物位置的關系如圖4所示，距離邊坡的位置分別選0m，2m，4m…18m。通過圖4所示的安全系數與坡頂建筑物位置的關系可知，坡頂建筑物距邊坡12m時，坡頂建筑物對邊坡穩定性影響就可以忽略不計了。這里選取0m、4m、8m、12m為水平。

根據《建筑地基基礎設計規范》（2011）表3.0.3中砌體承重結構、框架結構小于等于5層時，地基承載力特征值100kPa？燮fak？燮130kPa，所以這里選坡頂建筑物對邊坡的壓力為30kPa、60kPa、90kPa、120kPa為水平，這里荷載為長8m的均勻荷載。根據《建筑抗震設計規范》（2010）中表3.2.2將地震加速度設為0.05g，0.10g、0.20g、0.4g;分別對應6、7、8、9抗震設防烈度。由文[10]指出地震水平加速度是影響邊坡穩定性的主要因素，所以文章主要考慮水平地震加速度，具體加速度如圖5所示。坡高為一水平其值設定為5m、10m、15m、20m，其圖如圖3所示。

通過上述分析，正交試驗表為L16（44），采用L16（45）正交表;各因素水平選取如表2。

通過極差分析表（表4）可知對邊坡穩定性影響敏感度為：坡高影響最大，其次是坡頂建筑物離邊坡的距離，水平地震加速度和建筑物對地基的壓力對邊坡穩定性影響相當且最小。可能是邊坡材料的物理性質較好，所以建筑地基壓力及水平地震加速度對邊坡穩定性影響較小。

3 ?結語

文章利用GEO-studio軟件通過有限單元法分析計算了邊坡穩定性系數，分析了水平地震加速度α、邊坡上建筑物荷載P、荷載距離L以及坡高H，4個因素對邊坡穩定性影響的敏感度，發現因素影響的主次順序為：坡高H影響最大，其次是荷載距離L，荷載P與地震加速度α相差無幾。提出如下建議：①當坡高大于10m時，邊坡要進行加固措施，如擋土墻、土釘等;②當荷載距離L小于12m時，施工設計要仔細對待，同樣要進行加固措施。不足之處：文章采用GEO-studio軟件進行模擬計算，其對地震方面的模擬并不精確。

參考文獻：

[1]曹思威，許萬忠，李四全.基于FLAC～（3D）的坡頂建筑荷載對邊坡穩定性的影響分析[J].中國水運（下半月），2018，18（09）：223-225.

[2]楊歡.基于Geo-slope的巖質邊坡穩定性參數敏感性分析[J].公路工程，2018，43（05）：289-293.

[3]詹光亮.滑坡體穩定性影響因素敏感性分析[J].寧夏工程技術，2018，317（03）：253-256，259.

[4]蒲朝欽，余紅兵，李繼業，張劍興.層狀巖質邊坡安全系數敏感性分析[J].工程爆破，2018，24（04）：14-18.

[5]翟明洋，盛建龍.邊坡穩定性因素敏感性分析及可靠度研究[J].礦業研究與開發，2017，37（08）：5-8.

[6]石誠鋆，阮永芬，施炳軍，劉克文.降雨入滲對邊坡穩定性影響的敏感性分析[J].防災減災工程學報，2016，36（06）：1002-1007.

[7]毛新生，張玉燈，鄭濤.基于正交設計的邊坡穩定性影響因素敏感性分析[J].災害與防治工程，2008（01）：36-41.

[8]董如何，肖必華，方永水.正交試驗設計的理論分析方法及應用[J].安徽建筑工業學院學報（自然科學版），2004（06）：103-106.

[9]李廣信，張丙印，于玉貞.土力學[M].二版.清華大學出版社.

[10]王江榮，梁永平，歐國海.地震和暴雨工況下石頭坪景區高邊坡穩定性的數值模擬分析[J].安全與環境工程，2018，25（05）：29-33.