数值模拟与可靠度联合的干湿循环对路堤边坡稳定性影响.pdf
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1、-40-数值模拟与可靠度联合的干湿循环对路堤边坡稳定性影响梁升建1,李 明2,张炜熠3(1.山东省交通运输厅工程建设事务中心,山东 济南 250002;2.山东省交通工程监理咨询有限公司,山东 济南 250014;3.山东省交通科学研究院,山东 济南 250031)摘要:依托某高速公路高填方路堤边坡建立可靠度和数值模拟计算模型。通过综合边坡稳定性系数和失效概率对边坡的稳定性进行评价。结果表明:边坡土体的内摩擦角和内聚力随干湿循环次数的增多而减小,在 4 次干湿循环作用下,边坡稳定性降低速率较大,之后趋于平缓;在循环次数相同的条件下,边坡可靠度随土体强度参数相关性增大而增高,不考虑参数的相关性会
2、低估边坡的稳定性;边坡的可靠度与稳定性指标变化规律基本相同,但可靠度降低速率明显大于稳定系数速率,因此单一安全系数的边坡稳定性评价存在局限。关键词:路堤边坡;稳定性;可靠度;干湿循环中图分类号:U416.14 文献标识码:BInfluence of dry wet cycle combined with numerical simulation and reliability on stability of embankment slopeLIANG Shengjian1,LI Ming2,ZHANG Weiyi3(1.Engineering Construction Affairs Cent
3、er of the Department of Transport of Shandong Province,Shandong Jinan 250002 China;2.Shandong Traffic Engineering Supervision and Consulting Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250014 China;3.Shandong Transportation Institute,Shandong Jinan 250031 China)Abstract:The reliability and numerical analysis principle
4、of an expressway embankment slope are used to establish a calculation model.The stability of the slope is evaluated comprehensively by the slope stability coefficient and failure probability.The results show that the internal friction angle and cohesion of the slope soil decrease with the increase o
5、f the number of dry and wet cycles.Under the action of four dry and wet cycles,the slope stability decreases rapidly,and then tends to be flat.Under the same cycle times,the reliability of the slope increases with the increase of the correlation of soil strength parameters,and the slope stability wi
6、ll be underestimated if the correlation of parameters is not considered.The variation law of slope reliability and stability index is basically the same,but the rate of reliability reduction is obviously greater than the rate of stability coefficient,so there are limitations in slope stability evalu
7、ation with a single safety coefficient.Key words:embankment slope;stability;reliability;dry wet cycle引言随着我国山区公路建设的快速发展,高填方边坡的稳定性问题越来越突出。由于干湿循环导致的高填方边坡失稳和破坏成为影响公路工程安全的主要问题。既有研究表明,干湿循环会引起土体物理力学参数改变,降低土的抗剪强度。周期性的干湿循环会引起土颗粒的冲刷侵蚀,导致土颗粒流失,降低土体稳定性。一些学者针对干湿循环作用下岩土体的力学性质的影响开展了大量的研究。熊爽等1基于强度折减原理,采用 Green-Ampt
8、 模型建立了数值分析模型,系统地研究了降雨干湿循环作用下的渣土边坡稳定性。研究表明,渣土的黏聚力及内摩擦角随着降雨干湿循环次数的增多而降低,两者的关系满足指数函数。曾胜等2基于理论分析,建立了红砂岩顺层岩质边坡分析模型,研究了降雨渗流及干湿循环作用下红砂岩顺层边坡稳定性。研究结收稿日期:2022-12-26作者简介:梁升建(1991),男,山东聊城人,硕士研究生,工程师,研究方向为生命线工程抗震及交通建设工程质量安全监督。2023 年第 3 期山东交通科技-41-果表明,干湿循环作用下,结构面黏聚力随干湿循环次数的增多呈幂指数形式衰减,而内摩擦角随干湿循环次数的增多呈二次函数衰减。降雨渗流及干
9、湿循环综合作用下,边坡稳定系数降低了约 66%。陈纪昌3针对库区红层泥岩边坡消落带水位升降导致的干湿循环效应,综合采用室内模型试验和数值模拟研究了干湿循环及地震耦合作用下红层泥岩边坡稳定性。结果表明,干湿循环会导致土体内部结构逐渐弱化,损伤积累,抗剪强度减小。周健等4基于室内模型试验研究了干湿循环效应对膨胀土边坡稳定性影响。结果表明,随干湿循环次数的增多,土体的抗剪强度指标降低,其中内聚力的降低幅度比内摩擦角的降低幅度更大。刘锦程等5综述了干湿循环对非饱和土特性影响。系统地总结了干湿循环对非饱和土的水土特征曲线、强度、变形及渗透的影响效应。孙玉琢和李明宝6基于强度折减法,建立干湿循环对粉土边坡
10、影响的数值计算模型。结果表明,重塑粉土的内摩擦角和内聚力随干湿循环次数增多而降低,在其他条件不变的情况下,内聚力降低 30%,内摩擦角降低 12%。陈开圣7综合采用计算机图像处理技术和三轴试验研究了干湿循环下红黏土裂隙演化特征和抗剪强度指标的变化规律。结果表明,干湿循环会增加裂隙的密度,其中前两次干湿循环对裂隙密度影响最大。基于试验,提出边坡的稳定性计算时应采用土体的长期强度指标更为合理。徐雪峰8基于 Geostudio 对某红砂岩库岸边坡干湿循环作用下稳定性进行分析。结果表明,红砂岩吸水率和质量损失率逐渐随干湿循环次数的增多而增大,但内摩擦角和黏聚力均随循环次数的增多逐渐减小,干湿循环会降低
11、边坡的稳定性。王国利等9针对干湿循环对土体的劣化效应,开展了离心机模型试验,探讨了膨胀土边坡的稳定性,系统分析了裂缝的发生和发展过程和水分入渗对边坡稳定性的影响。张鹏超10开展了室内不同含水率花岗岩残积土的抗剪试验,分析了干湿循环对花岗岩残积土抗剪强度的影响。结果表明,黏聚力随干湿循环次数增多呈指数降低,而内摩擦角基本不变。既有研究关于干湿循环会劣化土体抗剪强度方面达成一致,但大多数研究没有考虑土体的空间变异性和不确定性,仅采用单一的稳定性系数对边坡的稳定性进行判断,这可能会导致边坡失效或过于保守的情况出现。因此提出采用可靠度分析原理对边坡的稳定性进行分析。1 强度折减分析方法1.1 基本理论
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