茶园坪隧道进洞施工过程中边坡岩体稳定性的分析

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【摘 要】通过介绍茶园坪隧道洞口前边坡的工程地质背景，从此结构的力学特性出发，运用ABAQUS大型有限元软件模拟在施工过程中的边坡受力情况，通过选取适当的参数，计算方法建立有限元计算模型。结果表明：边坡岩体在施工前后都是稳定的，与有限元计算相一致。

【关键词】边坡稳定；ABAQUS；有限元模型

1 引言

近年来，国内不少建筑学者对边坡稳定性提出了各种各样的计算方法方法，但常出现计算得到的理论值比实际值大很多的情况，降低的工程的安全性。本文结合实际工程，运用大型有限元软件来模拟现场实际情况，对边坡上受荷载作用时，进行了有限元分析和计算，取得了良好的效果。

2工程地质背景

茶园坪隧道位于广甘高速公路G12标段内，隧道口边坡为土石堆积坡体，历史上有多次塌方记录。里程桩号为K41+225-K41+ 345，长约120m，斜坡约30度，近坡顶段近45度，表层普遍分布厚0-1.5m不等的残坡积粉质黏土，下伏侏罗纪泥岩夹砂岩，地层产状290?∠45?。地下水主要为基岩裂隙水，水位较深，一般条件下涌水量小，透水性差。隧道洞口狭窄，施工的临时设施需布置在洞口边坡位置上，以下部强风化泥岩作持力层，该区主要工程地质问题是斜坡坡度较大，大面积施工开挖切坡易人工诱发土质顺基岩面的浅层滑坡及基岩的顺层滑坡；地层产状陡，水平方同岩性变化较大，应防止土石界面浅层滑坡。

3施工受载工程中边坡稳定性数值模拟方案

3. 1计算方法

本次数值模拟采用有有限元软件ABAQUS根据受力情况进行地基变形及稳定性分析。

数值模拟是对岩土体在受力状态下的近似模拟计算，通常为方便计算的进行，可对复杂的真实岩土体条件进行适当简化，省略掉对实际工程影响小的因素，而主要研究对岩土体起主导作用的因素对实际岩土体应力应变的影响.因此，本次数值模拟做以下简化。（1） 斜坡坡面按直线处理；（2） 采用平面应变问题模拟研究边坡实际工况；（3） 将此模型看做弹塑性模型；

3.2计算模型

本次数值模拟的模型按如下原则建立：

此模型为二维模型，模型总长是120m，坡度为30度，斜坡处水平距离为65m，模型总高度为57.53m，总共划分了1239个单元，1303个结点。边界条件采用底面二向约束，侧而法向约束，地表自由。

边坡荷载根据施工期间临时设施以及施工机械等计算得到的，边坡承受荷载为1300KN，坡面上基础尺寸为2m*2m，模型上是按应力加载在边坡的边界上的，由此得边坡上的竖向应力为325ka，而强风化泥岩的承载力基本容许值为350ka，能够承载，但是应采取加固措施。

计算模型中，岩体、岩层层面以及节理裂隙均采用弹塑性摩尔库伦实体单元模拟。具体计算模型如图1所示。

图1

3.3计算参数

计算参数的选取是数值模拟能否反映实际工程状况与形态最为关键的因素之一。通过试算，选定强风化泥岩为计算参数，见表1

参数 材料 土体

弹性模量/Mpa 550

泊松比 0.30

黏聚力/kPa 70

内摩擦角/? 22

天然密度/Kg/ 2500

3.4计算思路：

首先计算天然状态下自然边坡的稳定性；其次施加设计荷载，以计算分析设计条件下岩体变形及稳定性。

（1）在ABAQUS中以特征部位的位移拐点及是否形成连续的贯通区作为安全稳定系数的评价标准。

如图天然状态下求的稳定安全系数Fr

上图2为在安全系数为1.52时边坡的的滑动面形成连续的贯通区

综上：因此在天然状态下边坡的稳定系数取1.52，此状态下边坡是稳定的。

4在施工过程中即加载条件下边坡的稳定安全系数

由曲线可得边坡的稳定性安全系数为1.42

当稳定安全系数为1.42时形成连续贯通区

因此在加载条件下边坡的稳定性安全系数为1.42

结论：综上所述，在施工过程中边坡加载会降低边坡的整体稳定性，但影响不大，边坡应力与塑性分布区的各项物理指标都符合要求，且稳定性安全系数下降不大，总是大于1，因此在施工过程中该边坡是稳定的。

参考文献：

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[2]马映清. 四川省云阳县城区滑坡工程地质勘探报告[R] . 1983

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[4]四川南江队. 四川省云阳县鸡扒子滑坡区工程地质祥细勘察报告[R] . 1985.

[5]费康，张建伟编著.ABAQUS在岩土工程中的应用.北京：中国水利水电出版社，2010.