临边建筑物对岩质边坡稳定性的影响

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摘要：本文基于Midas/GTS有限元程序，分析位于岩质边坡不同位置的建筑物对边坡安全系数的影响。通过有限元数值计算得出，当建筑物位于边坡滑动带范围内时，对边坡安全系数影响较大，大约在10%左右；当建筑物位于边坡滑动带范围外时，对边坡安全系数几乎没有影响。

关键词：岩质边坡、安全系数、滑动带

1前言

随着城市化进程的加快，特别是位于山区丘陵地区的城市建设，为了节约土地资源，越来越多的建筑物修建于边坡顶部，甚至一些就临坡而建，虽然我们采用了各种边坡加固手段来提高边坡的稳定性，但对于建筑物离坡顶边缘的安全距离，到目前为止工程界还没有严密的理论进行计算，运用最多的就是通过有限元软件进行数值模拟。

2基于拟静力法的有限元强度折减系数法

在有限元静力稳态计算中，如果模型为不稳定状态，有限元计算将不收敛，基于此原理，在非线性有限元边坡稳定性分析中，通过降低结构面的强度（粘聚力和内摩擦角）， 使系统达到不稳定状态，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是边坡稳定安全系数。在强度折减法计算过程中，把土体粘聚力和内摩擦角按如下公式进行折减[1-4]：

，式中：c、分别为材料的粘聚力和内摩擦角；别为折减后的粘聚力和内摩擦角。

在有限元计算中，目前广泛采用摩尔-库伦屈服准则，即：

，式中，，依次为应力张量的第1不变量、洛德（Lode）角和应力偏量的第2不变量；c、分别为岩土的粘聚力和内摩擦角。

3数值模拟

3.1单元及边界条件选取

本小节采用的数值模拟模型为一个坡高为20m、坡度为45°的软岩岩质边坡 ，坡顶有一栋建筑物尺寸为为6m×5m×6m的混凝土结构建筑物，模型采用三维数值模拟，共划分13337个单元。具体模型如下图1。

数值模拟时的材料视为理想弹塑性材料，采用摩尔-库伦屈服准则，边界条件为x轴方向两侧、y轴方向两侧约束x、y两个方向，下部固定，上部为自由边界。本算例采用计算边界为：坡脚到左端边界的距离为坡高的1.5倍，坡顶到右端边界的距离为坡高的2.5倍，上下边界总高度为坡高的2倍。

3.2安全系数计算

分别计算当建筑物距离边坡5m、10m、15m、20m时岩质边坡的安全系数。边坡等效塑性区云图如图2。

当建筑物距边坡5m远时边坡安全系数降低10%左右，当距离大于15m时建筑物对边坡安全系数的影响几乎为0，可以忽略其影响。

4分析与结论

通过数值计算我们可以得出如下结论：

1、 建筑物距边坡边缘越远，对边坡安全系数的影响越小。

2、 当建筑物位于边坡滑动带范围以内时，建筑物对边坡安全系数的影响极大，大约在10%左右，当建筑物处于边坡滑动带范围外时，建筑物对边坡安全系数的影响几乎为0。当建筑物必须修建在边坡滑动带范围内时，必须对边坡进行加固处理，防止发生不必要的危险。

参考文献：

1 赵尚毅，郑颖人，时卫民等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报，2002，24（3）：343～346

2 赵尚毅，郑颖人，邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩土工程学报，2003，22（2）：254～256

3 郑颖人，赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡的运用[J].岩土工程学报，2002，24（3）：343～346

4 冯锡勇.含有软弱结构面的岩质边坡稳定性分析[J].江西建材，2015，2（155）：146～146

作者简介：辛红园（1992-），男，湖北荆门人，硕士生，主要从事与岩土工程相关的研究工作。

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