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1、确定顺层岩质边坡范围的上下限值研究第36卷第27期2010年9月山西建筑SHANXIARCHITEe兀珉EV01.36No.27Sep.2010?113?文章编号:10096825c2010)27.011302确定顺层岩质边坡范围的上下限值研究李文森摘要:以路堑边坡为例,采用数值模拟与相似模型试验相结合的方法,针对如何确定顺层岩质边坡范围的上下限值问题进行了初步探讨,得出了有益的结论,为边坡治理工作提供了指导.关键词:顺层岩质边坡,数值模拟,上下限值,有限元法中图分类号:TU457文献标识码:AO引言顺层岩质边坡是指边坡走向和倾向与岩层走向和倾向一致的边坡.已有研究表明,边坡的稳定性具有斜向坡
2、远远大于顺向坡的规律.因此,当夹角究竟在什么范围内时将边坡视为顺层边坡是工程人员非常关心的问题之一.目前,对此问题尚缺乏系统的研究,也未形成一致的结论,不同的部门根据各自的经验选择不同的标准.因此,本文采用数值模拟与相似模型试验相结合的方法.对此问题进行了讨论.1数值模拟1.1本构模型1.1.1岩体岩体按连续介质处理,采用结构实体单元Solid95模拟.材料的本构关系采用理想弹塑性模型,屈服准则为Dmcker-Pmger准则即广义米赛斯准则_3J:F=alz十/J2=是(1)其中,j1,分别为应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量;a,足为与岩土材料内摩擦角和粘聚力C有关的常数.1.1.
3、2层面层面按无充填的硬性结构面处理,采用ANSYS软件提供的无厚度接触单元Targel70和Conta174来模拟其不连续性.接触单元是覆盖在分析模型接触面上的一层单元,程序通过覆盖在两个接触物体表面的接触单元来定义接触表面.接触单元与下面的基本变形体单元有同样的几何特性,程序会根据接触单元下面的变形体单元的材料特性来确定法向接触刚度,也可人为的设定其值4,5l.1.2模型的建立以顺层岩质路堑边坡为例,采用三维的计算模型,进行数值模拟.通过保持线路走向不动,改变岩层走向的方向来实现边坡走向与岩层走向间夹角的变化.选取岩层倾角为25.和30.两种情况时,进行分析.倾角n=25.时,模型选取范围为
4、:长140m,宽50m,左侧高23.02m,右侧高88.30m.倾角口:30.时,模型选取范围为:长140m,宽50m,左侧高16.80m,右侧高97.63m.变化岩层走向的方向时,是以模型中间断面与结构面在坡面的相交点为基准进行变化.全部模型都是一次开挖,不支护,单面临空.边界条件为垂直x轴的两面(左右两侧面)为x方向约束和z方向约束;垂直Z轴的两面(前后两面)为z方向约束;垂直y轴的底面为x,y,z方向全部约束,垂直y轴的顶面为自由面,没约束.荷载为仅考虑岩体自重.1.3岩土材料参数所选岩土材料的物理力学参数如表1所示.表1岩土材料参数一览表1.4结果分析本文选取模型中间断面与结构面在坡面
5、的相交点作为关键点,通过关键点位移的变化来分析边坡走向与岩层走向间夹角对顺层岩质边坡稳定性的影响.关键点从上到下依次定为A,B,C点.模拟后,关键点位移随夹角变化的关系曲线图如图1,图2所示.由图1,图2可知:当夹角在0.15.之间时,关系曲线斜率较缓,位移变化较小,边坡稳定性有所提高,但不明显;当夹角在15.3朱馥林.建筑防水新材料及防水施工新技术M.北京:中国建筑工业出版社,2001.4赵西玖.赛柏斯防水荆在混凝土工程中应用总结A.山东建筑施工学术交流会论文汇编C.2000.5游宝坤,李光明,韩立林.大体积补偿收缩混凝土的结构稳定性问题J.混凝土,2001(2):3142.6谢湛常.联合支
6、护体系在深基坑工程中的应用J.山西建筑,2009,35(9):130132.Theapplicationofthepileanchorstructurecombiningwithwater-resistingcurtainatdeepfoundationpitbrachingWANGBoUZeng-guoAbstract:CombiningththeprojectandatthebaseonprojectSgeologicalconditions.thispaperanalyzespile-anchorsupportedstructurecombiningwithwater-resisting
7、curtainsdesignmethodandtechnicalrequirement.Theprojectindicatesthatthistechniquehasagoodeffectonretainingandwaterproof.SothesimilarprojectScanbeguidedbyit.Keywords:deepfoundationpit,pile-anchorsupportedstructure,water-resistingcurtain,drainagesystem收稿日期:20100527作者简介:李文森(1980一),男,工程师,中冶集团武汉勘察研究院有限公司,
8、湖北武汉430080.11.第36卷蓑27暂山西建筑20109?114?年月K40.时,关系曲线斜率很陡,位移变化速率很大,边坡稳定性大幅度的提高,夹角在此阶段对边坡的稳定性影响最大;当夹角大于40.以后,关系曲线逐渐趋于水平,位移变化不明显,即随夹角的继续增大,对边坡稳定性的提高影响不大.故而,将曲线上的第一个拐点(对应夹角为l5.)作为评判是否为顺层坡的下限值,将曲线上第二个拐点(对应夹角为40.)作为评判是否为顺层坡的上限值.即认为,当夹角小于15.时,可以将边坡视为完全的顺层岩质边坡,进行稳定性分析时,可不考虑夹角的影响;当夹角在15.-40.时,进行边坡稳定性分析时,需适当考虑夹角的
9、影响,可按文献1中所述公式进行计算;当夹角大于40.时,可以不将边坡视为顺层岩质边坡,进行稳定性分析时,按一般类边坡处理.埋簿趟世椒O102030405060边坡走向与岩层走向间夹角d/(.)边坡走向与岩层走向间夹角d/()图1倾角25.时关键图2倾角30.时关键点x方向位移与夹角曲线点x方向位移与夹角曲线2相似模型试验2.1相似条件及相似材料模型与原型之间的相似常数定义为:几何相似比CL=1/100,容重相似比C=l,并根据相似理论推导粘聚力,应力和弹性模量相似比Cc=Cd=cE=CrCc:1/100,泊松比和内摩擦角相似比1.经试验,最终采用石英砂,铁粉,石膏和水按一定比例经过模压后制10
10、crr15C1TI1In的砌块模拟岩体,用石膏,滑石粉和水按一定比例混合搅拌后模拟结构面(岩层面).2.2模型制作与试验步骤根据数值模拟时边坡的原型,制作了岩层倾角分别为25.和30.,夹角为0.,15,30.,40.,50.时不同组合情况下的10组模型,采用自制设备进行相似模型试验.与数值模拟时一样,以测点位移的变化来分析岩层走向与边坡走向间夹角对J顺层岩质边坡稳定性的影响.具体试验步骤如下:1)将模型装置绕中轴旋转至设计坡体岩层倾角位置并固定;2)在模型装置两边的玻璃面上划出坡体地表线,坡体结构面产状线,开挖坡面线等;3)分步堆砌相似材料直到坡体地表线.每堆砌一层岩板,就均匀喷洒一薄层相似
11、材料,然后继续堆砌岩块.堆砌到各测点位置时,设置位移传感器;4)堆砌完成后的第二天开挖路堑.开挖前,将各测点的位移传感器读数置零;5)每隔一定时间记录一次各测点的读数,直至读数稳定.2.3试验结果与分析表2为各测点的最终位移值.表2模型坡体开挖稳定后各测点最终测量值mill各测点位移值模型编号123456789101Ol5012006O0300.240180.120.080.042013O.1l00600lO0.2l016O.1l0.080.043O090.070.03000.160.110070040.Ol4007O.050.0200014O.D80.050.050.0600400l000.
12、13008O05O.03060330250.160.10.050450.300170.120.057O29022014007O020.39029O.160.080o380180.130.0700300270.170.090.04O901100700400O.200.1O00500100.090.050.020O0180.o90.0400注:编号15对应倾角为25.时夹角从0.50.的5个模型,6l0对应倾角为30时的情况根据表2中的数据,将模型编号1,6所对应的1号,6号测点位移量绘制成测点位移与岩层走向与边坡走向间夹角的关系曲线图如图3所示.将图3和图1,图2进行对比分析可知:两种方法得出的
13、关系曲线图走势大致上相同,而且图3中两个拐点对应的夹角也相同.两种方法的相互验证,说明了数值模拟所得结论的正确性.渣嚣0.220.200.180.160.140.120.100.080.06岩层走向与边坡走向问夹角/(.)岩层走向与边坡走向间夹角/(.)a)倾角25.b)倾角3o.图3测点位移值和边坡走向与岩层走向夹角关系曲线3结语1)边坡走向与岩层走向间夹角是顺层岩质边坡稳定性的重要影响因素之一,随着夹角的增大,边坡稳定性越来越高.2)可将夹角为15.时作为顺层岩质边坡的下限值,夹角为40.时作为顺层岩质边坡的上限值.即当夹角小于15.时,将边坡视为完全的顺层岩质边坡;当夹角大于40.时,将
14、边坡视为一般类型的边坡;当夹角在15.40.时,要适当的考虑夹角的影响.参考文献:1白云峰,周德培.顺向坡岩层走向与边坡走向夹角的上限值J.西南交通大学,2005,40(3):326329.2冯君.顺层岩质边坡开挖稳定性及其支护措施研究D.成都:西南交通大学,2005,3郑颖人,沈珠江,龚晓南.岩土塑性力学原理M.北京:中国建筑工业出版社,2004.4博弈创作室.ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解M.北京:中国水利水电出版社,2006.5王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践M1.西安:西北工业大学出版社,1999.6顾大钊,王义海.相似材料和相似模型M.徐州:中国矿业大
15、学出版社,1995.TheupperandlowerlimitresearchonthescopeofdeterminationatconsequentbeddingrockslopeLIWenosenAbs仃act:Asther0additchslopesforexample,itlaSthemethodofcombiningthenumericalsimulationandsimilarsimulationexperiment?Thispaperhasaprelirninaryresearchontheaccountofhowtodeterminetheupperandlowerlimitonthescopeofdeterminationatconsequentbe(rlgrockslope,ithasdrawnthebeneficialconclusion,whichhasprovidedtheinstructionforthesideslopegovernmentwork?Keywords:consequentbeddingrockslope,numericalsimulation,upperandlowerlimit,finiteelementmethod/一一