接觸面參數對擋土墻邊坡穩定性的影響分析

黃貝貝 王威 楊正玉 崔雨 劉順青

摘? 要：為考慮接觸面參數對擋土墻邊坡穩定性的影響，采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了邊坡數值模型，分析了接觸面的黏聚力及內摩擦角對擋土墻邊坡穩定性的影響規律。研究結果表明，隨著接觸面黏聚力及內摩擦角的增加，擋土墻邊坡的下、上限安全系數都逐漸增加，但是接觸面內摩擦角對擋土墻邊坡穩定性的影響更大。研究結果可為擋土墻的設計提供一定參考依據。

關鍵詞：接觸面;邊坡;擋土墻;穩定性;極限分析

中圖分類號：U213? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）23-0065-02

Abstract： In order to study the influence of contact surface parameters on retaining wall slope stability， the finite element limit analysis software OPTUM G2 is used to establish the numerical model.And then the influence of cohesion and internal friction angle of contact surfaceon the slope stability is analyzed.The results show thatthe lower and upper limit safety factors of retaining wall slopes all gradually increasewith the increase of the cohesion and internal friction angle.But the internal friction angle of contact surface has more influence on the retaining wall slope stability. The research results can provide some reference for the design of retaining walls.

Keywords： contact surface; slope; retaining wall; stability; limit analysis

1 概述

在山區修建城市、公路及鐵路時，常會遇到邊坡的開挖及回填問題，擋土墻作為一種常見的支護措施在邊坡工程中得到了廣泛應用。目前針對擋土墻邊坡穩定性方面已有一些相關研究[1-2]，然而擋土墻與土體接觸面參數對邊坡穩定性影響如何還未有系統研究。本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立了擋土墻邊坡的數值分析模型，分析了接觸面的黏聚力及內摩擦角對邊坡穩定性的影響規律。研究結果可為擋土墻的設計提供一定參考依據。

2 有限元極限分析計算模型的建立

本文采用有限元極限分析軟件OPTUM G2建立擋土墻的分析模型，在模型的左右邊界設置水平約束，在模型的底部邊界設置固定約束。擋土墻邊坡穩定性的計算模型如圖1所示。

擋土墻邊坡穩定性計算時墻前、后的“土體”及“接觸面”的本構模型均采用摩爾-庫倫模型，擋土墻采用剛體材料模擬，重度為22kN/m3。擋土墻與土體的接觸面采用OPTUM G2中的“剪切節理”進行模擬。具體的計算參數如表1所示。

3 接觸面黏聚力對擋土墻邊坡穩定性的影響分析

為分析接觸面黏聚力對擋土墻邊坡穩定性的影響，選取接觸面的內摩擦角為30°，接觸面的黏聚力分別為0kPa、5kPa、10kPa、15kPa、20kPa，擋土墻邊坡穩定性的計算結果如圖2所示。從圖2中可以看出，當接觸面的黏聚力從0kPa增加到20kPa時，邊坡的下限安全系數從1.421增加到1.639，增加約15%;上限安全系數從1.547增加到1.719，增加幅度約為11%。

4 接觸面內摩擦角對擋土墻邊坡穩定性的影響分析

為分析接觸面內摩擦角對擋土墻邊坡穩定性的影響，選取接觸面的黏聚力為10kPa，內摩擦角分別為5°、10°、15°、20°、25°及30°，擋土墻邊坡穩定性的計算結果如圖3所示。從圖3中可以看出，當擋土墻接觸面的內摩擦角從5°增加到30°時，邊坡的下限安全系數從1.365增加到1.576，增加幅度約為15%;上限安全系數從1.450增加到1.649，增加幅度約為14.0%。

限于文章篇幅，選取內摩擦角為10°時擋土墻邊坡的下限剪切耗散圖，如圖4所示。從圖4中可以明顯看出擋土墻后的土體主動土壓力區及墻前的被動土壓力區，并且擋土墻墻趾處有應力集中現象。

5 結論

（1）接觸面內摩擦角相同時，隨著接觸面黏聚力的增加，擋土墻邊坡的下、上限安全系數逐漸增加，增加幅度都超過10%。

（2）接觸面黏聚力相同時，隨著接觸面內摩擦角的增加，擋土墻邊坡的下、上限安全系數逐漸增加，增加幅度約為15%。

參考文獻：

[1]王成皿，王中文.基于規范法的加筋土擋土墻邊坡加固穩定性計算研究[J].中外公路，2017，37（2）：24-26.