利用Plaxis软件分析施工过程中路堑边坡的稳定性

陈玮龙 周春梅

(武汉工程大学土木工程与建筑学院 湖北 武汉 430074)

引言

随着我国高速公路建设的快速发展，在山区这种地质复杂的地方建设的公路密度也在增大。目前，国内外专家对边坡的施工技术和稳定性控制方法都开展了许多的研究[1-3]，为实际边坡施工提供了一定的保障。赵尚毅通过数值分析认为应该允许边坡产生一定的应变，让其发挥边坡的自稳性；陈向阳分析认为及时实时支护会使边坡的稳定性显著提高，减小了剪切应变增量面积和最大值，从而使施工安全风险降低。

本文结合墨临高速公路K272+880路段挖方边坡的施工，通过Plaxis建模分析，对施工过程中边坡的应变、应力和安全系数进行了计算分析，以此来进一步了解路堑边坡在施工过程的变化规律。

一、工程概况

以墨江至临沧公路K272+880路段深挖风化花岗岩边坡为研究对象。设计拟以深挖路堑形式实现。该深挖路段总长200m。施工开挖后将在路线左侧形成高约35.78m的土质边坡，右侧形成高约53.82m的土质边坡，中心最大挖方高度约31.869m。路堑边坡地层表部分布有2～3m厚的四系粉质黏土，下部为混合花岗岩，全风化层厚度大，全风化花岗岩呈砂土状散体结构，遇水易崩解。

二、Plaxis2D模型的建立

根据K272+800边坡典型横断面，利用Plaxis有限元软件建立计算计算模型。模型底部固定，两侧法向约束，采用Morh-coulomb屈服准则。

三、开挖计算结果分析

(一)自然状态下边坡的稳定性

图1和图2分别是自重应力下未开挖时边坡的水平应力和竖向应力云图，可以看出边坡的初始应力分布较均匀的，无应力集中的现象。同时，计算得到开挖前边坡的安全系数为2.15，说明边坡初始状态很稳定。

图1 边坡开挖前的水平应力云图

图2 边坡开挖前的竖向应力云图

(二)边坡在边开挖边支护过程中的稳定性

边坡开挖依据边坡设计方案，从上向下依次按照设计的坡率对边坡进行施工，并采用边开挖(当开挖第4至第1级时，及时对边坡进行锚杆加固。图3为开挖并支护后边坡的水平应力分布云图。随着边坡浅层土体的移除，当整个开挖并支护完成后，边坡整体处于受压状态，这说明边坡稳定性较好。

图4为不同开挖阶段边坡的水平位移云图。边坡的开挖施工的过程中，随着边坡上部土层逐渐被清除，产生较明显的卸荷效应，使得边坡原有水平位移呈现减小趋势。但对于开挖后进行了支护的边坡，整个施工结束后边坡的变形量会比较小。

图3 开挖并支护后边坡的水平应力分布云图

四、结语

控制边坡的稳定性是工程施工过程中的关键问题之一，边坡稳定性的影响因素很多。本文结合墨临高速公路K272路段挖方边坡的施工。采用Plaxis2D建模的方法对施工过程边坡稳定性进行了探索，主要结论有：1.随着边坡施工的进行，边坡安全系数先增加后减小。2.边开挖边支护的施工方式对边坡稳定性的控制有利。全部开挖后再进行加固可能会让边坡产生较大位移，对边坡的稳定不利。