勐腊县地方公路管理段
摘要：对于拟建的项目，对边坡的稳定性要求很高。然而对于拟建项目边坡的选址十分重要，其要能承受一定的荷载且能保持稳定。本文以橄榄坡为例，分析其边坡在自重作用下的应力、位移以及土层之间的粘聚力，通过与地质勘察的土层间的粘聚力对比分析，得到其边坡在自重作用下处于稳定状态。
关键词：边坡工程；ANSYS；自重；稳定性
引言
在公路、桥梁等土木工程施工的过程中，难免避免不了边坡的工程，边坡处理的好坏严重影响其工程项目的施工进度和经费预算等。
目前，影响边坡的主要因素是地质条件、水文活动以及人类工程活动【1】。传统的分析边坡稳定性的理论和方法有3种：极限平衡理论、室内模型研究和数值分析理论【2】；然而，建立在传统的极限平衡理论上面的研究均没有考虑土体内部应力与应变的关系，因此，所求出来的安全系数都是基于滑裂面的安全度。又因为其工作状态是虚拟的，其求解出来的内力与实际情况下的应力条件存在一定的误差。
目前有限元分析方法在实际工程中得到了广泛的运，结合数值分析理论直接用于边坡设计的判断依据在工程行业有一定的认可度。因此，本文以橄榄坡中桥工程实际为背景，分析其边坡在自重作用下的应力情况，并结合该地区地质勘察的资料，对其风险进行评估。
1 工程概况
拟建项目中桥上跨冲沟而设，有乡村公路通往桥址区附近，但路况较差，交通运输条件较不方便。桥址区总体属中低山构造剥蚀地貌，沟谷斜坡地形，地势起伏较大，山脊呈锥形、浑圆形，沟谷中常见悬崖陡壁，局部沟谷底部基岩出露。桥址区最高高程约为610m，最低高程为520m，相对高差90m。桥址区地形起伏较大，切割较深，断面呈“V” 形，自然坡度一般30～40°，局部陡崖区可达60°以上。冲沟两侧边坡植被较发育。桥位处地质作用以风化剥蚀与山洪冲蚀搬运作用为主，冲沟内坡洪积堆积物厚度较大。
该中桥的宽度为12.5m，长度为134.14m，上部结构采用预应力混凝土T型梁，基础采用桩基础，桥台采用柱台式，桥墩采用柱式墩。
离线位区主要活动断裂有F35怒江早-中更新世活动断裂、F41街子东晚更新世活动断裂及F98畹町晚更新世活动断裂，如图1所示。拟建中桥附近未见活动断裂通过，但由于地层时代较老，岩体风化程度较高，强风化层厚度大，节理裂隙发育，岩体破碎。
图1 线位区活动断裂分布图
2 数值分析
2.1 有限元模型的建立以及边界条件的确定
采用ANSYS来分析边坡在不同含水率条件下的一个情况，对于分析这类问题可以采用Plane42号单元，假定边坡所承受的外力沿长度方向不发生变化，位移和应变都发生在自身的平面内。对于这种边坡稳定性分析，这种假设是符合实际的变形情况的。其边界条件主要是采用边坡的左、右两端约束X方向的位移，底部约束X和Y方向的位移，对其边坡示意图如图2所示；其边坡各土层的性质如表1所示：
2.2 有限元分析
仅考虑该边坡在自重情况下的稳定性情况，根据各土层的主要物理、力学性能建立有限元模型；由于边坡纵向比其他方向的尺寸大很多，因此可以采用平面问题来分析边坡的稳定性，得到边坡在初始状态下的边坡的应力、位移以及土层间的剪应力的应力云图，如图3-图5所示：
图4 初始状态下的位移
图5 初始状态下的剪应力
从分析结果中可以看出，边坡在初始状态下（即自重作用下）的应力随土层高度呈现分层分布，其最大应力位于土层底部区域，最大数值为36967.4Pa；在自重作用下的产生的位移随边坡高度的增加其各土层的位移值逐渐增加，其最大位移值为0.023m；然而在自重作用下其各土层之间的剪应力均小于其土层间的粘聚力，说明该边坡在自重作用下处于相对稳定。
3 结论
本文主要对拟建干湾塘中桥上跨“V”型冲沟的边坡在自重作用下进行稳定性分析，并与地质勘察报告给出的建议进行了对比分析，可以得出基于ANSYS边坡分析是处于边坡处于相对稳定状态，说明ANSYS在分析边坡的稳定性方面具有一定的适用性。
参考文献：
[1]甘露. 基于ANSYS模拟的边坡稳定性影响因素分析[J]. 现代矿业，2016（1）：161-163.
[2]涂国强. 基于ANSYS的边坡稳定性分析[J]. 交通科技与经济，2009，11（4）：70-71.
[3]王新敏. ANSYS工程结构数值分析[M]. 人民交通出版社，2007.
论文作者:李元松
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/5
标签：土层论文; 应力论文; 自重论文; 位移论文; 稳定性论文; 中桥论文; 工程论文; 《防护工程》2019年第5期论文;