利用Plaxis軟件分析施工過程中路塹邊坡的穩(wěn)定性

陳瑋龍 周春梅

(武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 湖北 武漢 430074)

引言

隨著我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，在山區(qū)這種地質(zhì)復(fù)雜的地方建設(shè)的公路密度也在增大。目前，國內(nèi)外專家對邊坡的施工技術(shù)和穩(wěn)定性控制方法都開展了許多的研究[1-3]，為實際邊坡施工提供了一定的保障。趙尚毅通過數(shù)值分析認(rèn)為應(yīng)該允許邊坡產(chǎn)生一定的應(yīng)變，讓其發(fā)揮邊坡的自穩(wěn)性；陳向陽分析認(rèn)為及時實時支護(hù)會使邊坡的穩(wěn)定性顯著提高，減小了剪切應(yīng)變增量面積和最大值，從而使施工安全風(fēng)險降低。

本文結(jié)合墨臨高速公路K272+880路段挖方邊坡的施工，通過Plaxis建模分析，對施工過程中邊坡的應(yīng)變、應(yīng)力和安全系數(shù)進(jìn)行了計算分析，以此來進(jìn)一步了解路塹邊坡在施工過程的變化規(guī)律。

一、工程概況

以墨江至臨滄公路K272+880路段深挖風(fēng)化花崗巖邊坡為研究對象。設(shè)計擬以深挖路塹形式實現(xiàn)。該深挖路段總長200m。施工開挖后將在路線左側(cè)形成高約35.78m的土質(zhì)邊坡，右側(cè)形成高約53.82m的土質(zhì)邊坡，中心最大挖方高度約31.869m。路塹邊坡地層表部分布有2～3m厚的四系粉質(zhì)黏土，下部為混合花崗巖，全風(fēng)化層厚度大，全風(fēng)化花崗巖呈砂土狀散體結(jié)構(gòu)，遇水易崩解。

二、Plaxis2D模型的建立

根據(jù)K272+800邊坡典型橫斷面，利用Plaxis有限元軟件建立計算計算模型。模型底部固定，兩側(cè)法向約束，采用Morh-coulomb屈服準(zhǔn)則。

三、開挖計算結(jié)果分析

(一)自然狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性

圖1和圖2分別是自重應(yīng)力下未開挖時邊坡的水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力云圖，可以看出邊坡的初始應(yīng)力分布較均勻的，無應(yīng)力集中的現(xiàn)象。同時，計算得到開挖前邊坡的安全系數(shù)為2.15，說明邊坡初始狀態(tài)很穩(wěn)定。

圖1 邊坡開挖前的水平應(yīng)力云圖

圖2 邊坡開挖前的豎向應(yīng)力云圖

(二)邊坡在邊開挖邊支護(hù)過程中的穩(wěn)定性

邊坡開挖依據(jù)邊坡設(shè)計方案，從上向下依次按照設(shè)計的坡率對邊坡進(jìn)行施工，并采用邊開挖(當(dāng)開挖第4至第1級時，及時對邊坡進(jìn)行錨桿加固。圖3為開挖并支護(hù)后邊坡的水平應(yīng)力分布云圖。隨著邊坡淺層土體的移除，當(dāng)整個開挖并支護(hù)完成后，邊坡整體處于受壓狀態(tài)，這說明邊坡穩(wěn)定性較好。

圖4為不同開挖階段邊坡的水平位移云圖。邊坡的開挖施工的過程中，隨著邊坡上部土層逐漸被清除，產(chǎn)生較明顯的卸荷效應(yīng)，使得邊坡原有水平位移呈現(xiàn)減小趨勢。但對于開挖后進(jìn)行了支護(hù)的邊坡，整個施工結(jié)束后邊坡的變形量會比較小。

圖3 開挖并支護(hù)后邊坡的水平應(yīng)力分布云圖

四、結(jié)語

控制邊坡的穩(wěn)定性是工程施工過程中的關(guān)鍵問題之一，邊坡穩(wěn)定性的影響因素很多。本文結(jié)合墨臨高速公路K272路段挖方邊坡的施工。采用Plaxis2D建模的方法對施工過程邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了探索，主要結(jié)論有：1.隨著邊坡施工的進(jìn)行，邊坡安全系數(shù)先增加后減小。2.邊開挖邊支護(hù)的施工方式對邊坡穩(wěn)定性的控制有利。全部開挖后再進(jìn)行加固可能會讓邊坡產(chǎn)生較大位移，對邊坡的穩(wěn)定不利。