边坡坡度对边坡稳定性的影响分析

余俊峰

(贵州路桥集团有限公司)

Plaxis 岩土工程有限元分析软件是用于解决岩土工程的变形、稳定性及地下水渗流等问题的通用有限元系列软件，它计算功能强大、运算稳定、界面友好，是解决当前与未来复杂岩土工程问题的专业计算分析工具。故采用该软件对路堑边坡稳定性进行分析。

1 计算模型构建和边界条件的确定

计算边坡的坡度为30°，坡面高度为4.8 m。该剖面的计算边界范围依据选取原则分别选取:左右计算边界分别向外延伸5 m，计算边界向下延伸12 m。在有限元网格的生成过程中，类组被划分为三角型单元，计算模型选择15 节点单元，有12 个应力点。边界条件采用标准固定边界，Plaxis 将在几何模型底部施加完全固定约束，在两侧竖直的边界施加滑动约束。将计算模型土层进行划分，第①、②层为融化层，当融化深度小于等于0.4 m 时，选取为一层，超过0.4 m 时，将融化层根据现场实测含水率的不同划分为两层;第③层为冻结层;第④层为冻结层下1 m 内的土层;第⑤层为深层土。

本次模拟计算选取Mohr－Coulomb 模型作为其计算模型。

影响边坡稳定性的重要参数之一是坡度，针对坡度由陡到缓分别选取45°、35°、30°和26.5°四个坡度值，计算边坡融化深度在0.8 m 时的安全系数。

边坡计算模型的土层分为5 层。(1)深度0～0.4 m，表层融化土，含水率为24%;(2)深度0.4～0.8 m，表层融化土，含水率为32%;(3)深度0.9～1.3 m，冻结土层;(4)深度1.3～2.6 m，非冻土，含水率为8.8%;(5)深度2.6 m 以下，非冻土，含水率为10.2%。各土层详细的物理和力学参数见表1。

表1 边坡土体物理和力学参数

2 边坡坡度为45°边坡稳定性计算

运用Plaxis 软件进行塑性计算时，土体破坏，未计算成功，为了计算出边坡土体的安全系数，增加一倍的边坡土体抗剪强度，然后运用折减分析计算出边坡土体的Fs=1.612/2=0.806，未能获得边坡塑性点分布图，由此说明边坡坡度为45°时，边坡很不稳定，极易发生失稳破坏。

3 边坡坡度为35°边坡稳定性计算

运用Plaxis 软件进行折减分析计算出边坡土体的Fs=1.864/2=0.932。为边坡坡度35°时边坡塑性点分布。由此说明边坡坡度为35°时，边坡很不稳定，容易发生失稳破坏。

4 边坡坡度为30°边坡稳定性计算

运用Plaxis 软件进行折减分析计算出边坡土体的Fs=1.032。为边坡坡度30°时边坡塑性点分布。由此说明边坡坡度为30°时，边坡在春融期稳定性不足，可能发生失稳破坏。

5 边坡坡度为26.5°边坡稳定性计算

运用Plaxis 软件进行折减分析计算出边坡土体的Fs=1.127。如图1 所示为边坡坡度26.5°时边坡塑性点分布图。由此说明边坡坡度为26.5°时，边坡在春融期稳定性比较好，但是仍有发生失稳破坏的可能性。

图1 边坡坡度与安全系数关系曲线

运用Plaxis 软件对45°、35°、30°和26.5°四种边坡坡度的边坡安全系数进行分析计算，其结果与理论计算得到的结果基本吻合，这说明Plaxis 这种计算方法用来计算边坡稳定性是可行的。数值模拟得到的安全系数值略大于理论计算数值大约10%左右，这是因为运用瑞典条分法进行理论计算时，未考虑土条间的相互作用，其计算数值偏小。同时，由图6 可以看出，随着边坡坡度的增加，边坡安全系数在不断减小。

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