某高边坡支护工程稳定性分析.doc

1、某高边坡支护工程稳定性分析摘要：高边坡支护结构的安全是一个大家较少研究的问题，不合理的设计会带来地质性灾害滑坡。本文以某山地建筑的高边坡支护稳定性为研究对象，利用数值分析软件进行有限元计算，结果计算的安全系数大于规范与工程安全要求，为类似的工程设计提供了参考和依据。 关键词：高边坡支护;数值分析;安全系数;有限元计算 Abstract: The high slope support structure safety is a less studied problem, the unreasonable design will bring the geological disasters of

2、landslide. This paper takes a mountain building support for high slope stability as the research object, analysis software for FEM numerical calculation, results of safety factor is greater than the specification and engineering safety requirements, to provide reference for similar engineering desig

3、n. Key words: high slope support; numerical analysis; safety factor; finite element method 中图分类号：TU94+2 文献标识码：A 文章编号： 引言 在山地做建筑施工会出现高边坡支护结构的基坑工程，这种支护结构由于既要承担基坑开挖的土体压力和边坡支护的稳定性要求，有着较为复杂的作用机理。国内对此相关的工程实例设计还不是很充分，常用和传统的岩土工程设计软件由于不能考虑土和结构的接触作用，土的应力和位移分布也做了很大的简化，而有限元数值分析的软件的出现为类似的设计提供了解决方案的基础。本文拟采用有限元数值分

4、析软件进行高边坡支护结构的计算与分析，从而为工程实际提供帮助和参考。 1.工程设计 拟建建筑为 1 栋 25 层高层住宅，该地段场地标高南高北低，南侧高差约为 30.85m，北侧高差只有 11.0m，故南侧将形成一高度达到 30.85m的高边坡，并且在边坡顶部 9 米左右有一栋 6 层高的民房（天然基础） 。根据经验和工程要求，我们岩土工程师初步设计在基坑底部至 12 米高采用 1.4m2m 支护桩并配合预应力锚索做支护结构，基坑中间 12 米段采用预应力锚索与喷射混凝土做支护，在顶部 6 米段存在一现有挡墙，支护结构剖面如图一所示。 图一 由于基础的软件比如理正和启明星以及 GEO-SLOP

5、E 无法处理支护桩与锚索在一起作用的支护坡面稳定性计算，而本工程中的剖面的设计有必要进行抗滑稳定性计算，所以我们采用有限元数值软件对于此种工况进行分析。 2.计算原理 整体稳定性验算采用圆弧滑动法（瑞典条分法）分析边坡的稳定性。根据土体极限平衡理论，假定破坏沿土体内某一确定的滑裂面滑动。依据滑裂土体的静力平衡条件和摩尔-库伦破坏准则可以计算该滑裂面滑动的可能性，即安全系数的大小，然后选取多个可能的滑动面，用同样方法计算出稳定安全系数最小的滑动面，保证此种情况下土体滑动稳定性满足要求。计算采用水土合算的总应力法计算该圆弧滑动稳定性。相应的土体抗剪强度指标为固结不排水(快)剪指标。同时在开挖之前采

6、取降水和防渗措施，故计算上不考虑水的渗透压力。 整体稳定性验算采用有限元强度折减系数法分析边坡的稳定性。MIDAS/GTS 的边坡稳定分析采用了强度折减法，即不断折减剪切强度(c, )值直到不收敛。将不收敛时的折减系数作为安全系数。对边坡稳定分析非常有效，并可以为现场监测提供较为准确的结果。 3.数值计算 3.1 模型用软件 计算采用的软件为北京 MIDAS 公司的大型有限元计算程序MIDAS/GTS2.5.0 版本。 3.2 土力学参数 计算剖面主要为2 粘土和强风化灰岩，所以数值分析中的取值参考下表 3.3 网格划分 岩土材料采用高阶平面应变单元模拟，自由段锚索简化为两端的一对集中力，内锚

7、固段锚索采用梁单元模拟。二维模型有限元网格划分中，为正确模拟锚固体与岩体之间的界面，采用接触弹簧系统来描述锚索、砂浆及岩体之间的相互作用关系。界面材料特性假定为理想弹塑性，采用莫尔库伦准则作为屈服准则。每个锚单元均允许沿轴向产生变形并发生屈服。锚单元节点与网格节点重合，锚单元与平面应变单元联结成整体，不产生相对位移 3.4 分析条件设置（边界与荷载） 整个模型固定底部的土体约束与左右两边基坑支护结构作用影响线以外的土体约束。其中底部约束整个平面的位移，水平与竖直位移同时约束，左边土体与右边基坑内土体约束水平位移。荷载在基坑九米范围以内取 20kp 均布荷载，9m-31m 有六层建筑物，取荷载

8、90kpa 均布荷载作用于土体表面。 4.计算结果 在本次计算过程中最重要的指标是安全系数，观察计算结果图二，我们可以看到安全系数为 1.8625 大于 1.3 的标准值。满足规范与施工要求。 图二 水平变形 5. 结语 该工程边坡高度比普通基坑放坡高，因此该边坡工程的设计应考虑特殊设计，在采用经验类比、传统计算方法分析的同时，采用二维数值模拟进行专题论证计算是必要的。 本次有限元计算分析了该工程某剖面二维条件下的稳定安全系数及变形、支挡结构的内力。通过计算得到如下结论，供设计参考。该剖面控制区段，计算表明，二维模型整体的稳定安全系数达到 1.8625。本次计算还采用理正软件对该岩质高边坡的稳

9、定性进行了分层验算，与有限元二维计算结果基本一致。证明该设计方案合理可靠。 计算结果表明，本高边坡及支挡结构的水平位移和竖向位移均较大，对于基坑施工控制有较严格要求，施工应注意支挡结构的水平和竖向位移以保证基坑工程的安全。 参考文献 1.路德春. 土的力学特性及其描述D. 北京工业大学岩土工程, 2008 2.陈晓平 杨光华 杨雪强等.土的本构关系. 中国水利水电出版社，2011 3.刘唱晓. 双排桩支护在深圳某软土基坑中的应用J. 广东土木与建筑, 2011(2):22-23 4.李超明. 复杂条件下软土基坑支护的设计与施工J. 建材与装饰(中旬刊), 2008(7):35-37 5.汤明华. 桩-锚复合支护体系在软土基坑工程中的应用J. 广东建材, 2009(6):205-207