界面土层软化对二元结构黄土边坡稳定性的影响分析*

黄丽华

（河西学院 土木工程学院，甘肃 张掖734000）

随着国家西部大开发战略的实施，为带动经济的发展，西部高速公路建设发展迅速，但在高速公路建设过程中常会遇到上部为黄土层、下部为基岩层的典型二元结构黄土边坡[1-3]。然而二元结构黄土边坡界面土层软化后的稳定性如何还缺少系统研究。本文采用有限元软件Midas GTS NX建立了含软化界面土层的二元结构黄土边坡数值计算模型，分析了软化土层厚度及软化度对二元结构黄土边坡稳定性的影响规律。研究结果可为二元结构黄土边坡的设计及养护提供一定参考依据，具有实际工程意义。

1 有限元数值计算模型的建立

本文采用有限元软件Midas GTS NX建立含界面软化土层的二元结构黄土边坡，在模型的左右边界设置水平约束，在模型的底部边界设置固定约束。含软化界面土层的二元结构黄土边坡的计算模型示意如图1所示。

图1 含界面软化土层的二元结构黄土边坡的计算模型图

含界面软化层的二元结构黄土边坡稳定性计算时，“基岩”“界面软化黄土”及“黄土”的本构模型均采用摩尔-库伦模型，具体的计算参数如表1所示。

表1 含界面软化层的二元结构黄土边坡的计算参数

2 不同界面软化土层厚度对黄土边坡稳定性的影响

为分析不同界面软化土层厚度对二元结构黄土边坡稳定性的影响，选取基岩倾角为10°，界面软化土层厚度分别为0.3m、0.5m、0.7m、0.9m、1.0m、1.2m，黄土边坡稳定性的计算结果如图2所示。从图2中可以看出，当软化土层厚度从0.3m增加到1.2m时，黄土边坡的安全系数从1.828减小到1.726，减小幅度为5.6%。软化土层厚度为0.9m时，黄土边坡的塑性云图如图3所示。

图2 不同界面软化土层厚度下黄土边坡的安全系数

图3 黄土边坡的塑性云图（软化土层厚度为0.9m）

3 不同软化度对黄土边坡稳定性的影响

为定量分析土层软化程度对二元黄土边坡稳定性的影响，定义黄土的软化度：

式（1）中，f软件土体，f土体分别为软化及未软化黄土层的土体参数。

通过前人的研究[4]，表明对边坡稳定性影响较大的抗剪强度参数，所以本文重点考虑黄土层黏聚力和内摩擦角的软化。黄土边坡稳定性分析时，采用相同的软化度对黄土的黏聚力和内摩擦角进行折减。二元黄土边坡稳定性分析时，选取基岩倾角为10°，界面软化黄土层厚度为0.3m，软化度 分别取1.0、0.8、0.7、0.5、0.4、0.3、0.2，计算结果如图4所示。从图4中可知，当黄土层软化度在1.0～0.2变化时，二元黄土边坡的安全系数从2.451降低到1.231，减小了近50%。可见，界面黄土层土体的软化对二元黄土边坡稳定性的影响很大。软化度为0.2时，黄土边坡的塑性云图如图5所示。

图4 不同软化度下黄土边坡的安全系数

图5 黄土边坡的塑性云图（软化度为0.2）

4 结论

（1）随着软化土层厚度的增大，二元结构黄土边坡安全系数的减小幅度小于10%。

（2）相同软化黄土层厚度下，界面土层软化度对二元黄土边坡稳定性的影响很大，边坡安全系数与软化度近似呈线性趋势减小。