荣乌高速公路某路堤高边坡稳定分析及优化设计

荣乌高速公路某路堤高边坡稳定分析及优化设计
张志发
【摘要】采用理正岩土和ABAQUS对荣乌高速公路某路堤高边坡进行了稳定性分析,并根据计算结果对边坡进行了优化设计,获得了较好的经济效益,并可为类似工程提供参考.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2014(040)004
【总页数】2页(P142-143)
【关键词】边坡;稳定性;理正;ABAQUS
【作者】张志发
【作者单位】铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300251
【正文语种】中文
【中图分类】U416.14
1 工程概况
荣乌高速公路十七沟至大饭铺段项目工程位于内蒙古自治区境内，是国家高速公路规划网中第四条东西横向线(共18条)的一段。

因为前期工作时间及考虑的因素有限，项目路堤高边坡尽管进行了初步设计，依据动态设计原则，尚需对路堤高边坡进行稳定分析验算，并根据计算结果对边坡进行优化设计，以期达到更加安全经济的目的。

2 工程地质条件
2．1 地形地貌
项目区位于山陕黄土高原北部前沿地带，吕梁山地北缘。

地貌类型主要为低山丘陵，沟壑发育，多呈“V”形，地形起伏较大，海拔高程960 m～1 800 m，高差最大600 m。

2．2 地层岩性
项目区表覆湿陷性黄土，下伏泥岩、砂岩、泥质砂岩及灰岩。

项目区湿陷性黄土主要为第四系上更新统马兰黄土，黄褐色、褐黄色及浅黄色，大孔隙，虫孔发育，含少量钙质结核，垂直节理发育，压缩性中等，具轻微非自重湿陷性。

3 稳定性分析
边坡稳定性分析已经有很长的历史，经历了从定性分析到定量计算，再到数值分析，近些年还出现了综合定性分析与定量计算的不确定分析方法。

路堤高边坡稳定性分析经常采用极限平衡法和有限元法。

项目分为9个标段，共有高路堤28处，填土最大高度为38 m，初步设计自上而
下每隔8 m设置一个台阶，台阶间设置宽度为3 m的平台，边坡坡率均采用1∶2。

本文选取典型填方路段6标的 K38+450～K38+540进行计算说明，长度90 m，填方高度38 m。

根据室内试验获得岩土参数为:重度γ=16．66 kN/m3;粘聚力
c=25 kPa;内摩擦角φ=35°。

3．1 理正岩土分析计算
《公路路基设计规范》中规定，路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性宜采用简化Bishop法计算。

理正岩土计算参数设置见表1。

表1 理正岩土计算参数设置计算项目计算方法最危险滑裂面选取方法土条宽度m 圆心步长m半径步长m等厚土层土坡稳定计算简化Bishop法自动搜索1 1
0．5
计算简图见图1。

图1 计算简图（一）
计算得出安全系数为2．341，滑动面位置及计算结果图见图2。

图2 计算结果图（一）
3．2 ABAQUS分析计算
选取左右对称路堤的一半进行分析，边坡几何尺寸及计算模型见图3。

图3 边坡几何尺寸及计算模型（一）
ABAQUS计算参数设置见表2。

边坡失稳判据为数值分析的不收敛，ABAQUS计算不收敛时安全系数为2．327。

此时路堤边坡在积分点处塑性应变值云图见图4，由图4可见，路堤边坡形成了滑动破裂面，其塑性应变区已经贯通。

从上面的计算分析可知，理正岩土与ABAQUS算得的安全系数比较接近，说明两种方法比较合理。

《公路路基设计规范》中规定，路堤边坡稳定性系数(安全系数)一般不得小于1．25。

两种方法算得的安全系数均远远大于1．25，偏于保守，
可以对边坡进行优化设计。

表2 ABAQUS计算参数设置屈服准则地基路堤弹性模量/MPa泊松比弹性模量
/MPa 泊松比模型网格划分边坡约束底面左右两侧摩尔—库仑准则 20 0．25 15 0．3 二维平面可变形模型四结点双线性平面应变四边形单元(CPE4)竖向及水平
水平
图4 边坡在积分点处的塑性应变值云图（一）
4 边坡优化设计
优化设计后边坡坡形:自上而下每隔8 m设置宽2 m的平台，边坡坡率第一级采用1∶1，第二级采用1∶1．2，以下均采用1∶1．5。

优化设计后边坡稳定性分析计算如下。

4．1 理正岩土分析计算
理正岩土计算参数设置见表1。

计算简图见图5。

图5 计算简图（二）
计算得出安全系数为1．759，滑动面位置及计算结果图如图6所示。

图6 计算结果图（二）
4．2 ABAQUS分析计算
选取左右对称路堤的一半进行分析，边坡几何尺寸及计算模型见图7。

ABAQUS计算参数设置见表2。

图7 边坡几何尺寸及计算模型（二）
边坡失稳判据为数值分析的不收敛，ABAQUS计算不收敛时安全系数为1．752。

此时路堤边坡在积分点处塑性应变值云图见图8，据图8可见，路堤边坡形成了滑动破裂面，其塑性应变区已经贯通。

图8 边坡在积分点处的塑性应变值云图（二）
从上面计算分析可知，理正岩土与ABAQUS算得的安全系数比较接近，均大于1．25，这样既保证了路堤边坡处于稳定状态，又有一定的安全储备，比较安全经济。

5 结语
通过理正岩土与ABAQUS对路堤高边坡进行了稳定性分析计算，两种方法计算结果比较接近，可以很好的模拟实际工程，从而指导工程设计和施工。

根据计算结果对路堤高边坡进行了优化设计，能产生节约土方量、降低边坡防护面积及减少土地占用等经济效益。

本文计算方法和优化设计方案可供类似工程参考。

参考文献:
【相关文献】
［1］JTG D30-2004，公路路基设计规范［S］．
［2］黄昌乾，丁恩保．边坡工程常用稳定性分析方法［J］．水电站设计，1999，15(1):53-58．［3］王金昌，陈页开．ABAQUS在土木工程中的应用［M］．杭州:浙江大学出版社，2006．［4］徐金春．理正软件在边坡稳定分析中的应用［J］．安徽水利水电职业技术学院学报，2010，10(4):16-17．
［5］唐波涛．某公路边坡稳定性分析［J］．山西建筑，2012，38(12):177-178．。