】 旨法与强度折减法 比较研究（ＩＩ） 彭 燃 ，刘国煜Ｉ．。，田伟平ｔ （１．长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安７１００４６；２．西北综合勘察设计研究院，陕西西安７１０００３） 摘要：分别用极限平衡法和有限元强度折减法对于高家坪高边坡开挖后防护前的边坡稳定性进行分析．综合两种方法的 结果提出高边坡的防护方案；并且对防护后的高边坡，再次用两种方法进行整体稳定性分析。通过比较研究，强度折减法的 可行性及优越性得到了充分论证 关键词：极限平衡法；强度折减法；公路高边坡；挡土墙 中图分类号：Ｐ６４２．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１１）０３／０４—００３３—０３ ＤｏＩ：１０．３８６９￣．ｉｓｓｎ．１００２—４７８６．２０１ １．ｈ３．００８ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｌｉｍｉｔ Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｌｏｐｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＰＥＮＧ Ｒａｎ ，ＬＩＵ Ｇｕｏ—ｙｕ 一，ＴＩＡＮ Ｗｅｉ－ｐｉｎｇ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｓｐｅｃｉａｌ Ａｒｅａ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｙｒ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇ ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００４６， Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ＆Ｄｅｓｉｇｎ，Ｘｉ ａｎ ７１０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｇａｏｊｉａｐｉｎｇ ｈｉｇｈ ｓｌｏｐｅ ａｆｔｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｅｆｏｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｖｉａ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｖ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｌｏｐｅ ａｆｔｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｍｅａｎｓ．Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＳＲＭ ａｒｅ ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｍｉｔ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｍｅｔｈｏｄ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｈｉｇｈ ｓｌｏｐｅ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ；ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ＷａＩ１ Ｏ 引言 定改为路堑。隧道其余岩层为弱风化灰岩，产状 为论证《边坡稳定分析中极限平衡法与强度折 ３１０。 ８。，为缓倾，岩层倾向与边坡夹角约为７８。： 减法比较研究（Ｉ）》的结果，本文运用两种方法对 两组节理分别为３ｌ０。 ５６。和６７。／＿４５。。赤平投影显 某公路高边坡的稳定性进行了分析，并采取了相应 示结构面对边坡稳定性影响小。山体表层为亚粘 的防护措施。 土、粘土，厚度为０．５ｍ～５．８ｍ 湖南某高速公路隧道永州方向约２３０ｍ为全风 ｌ 高边坡稳定性分析 化花岗斑岩，属于浅埋隧道，为了平衡土石方．决 １．１ 边坡稳定的极限平衡法分析 取一具代表性的纵剖面作分析．计算高度为 ５６ｍ。根据勘察单位建议值，各层参数为：第一层 即土层内聚力Ｃ＝１０ｋＰａ，内摩擦角 ＝２０。，重度 ＝ １８ｋＮ／ｍ ：全风化花岗斑岩上部岩层的内聚力Ｃ＝ １０ｋＰａ，内摩擦角ｇ￣＝３６。，重度ｙ＝１８ｋＮ／ｍ ；下部岩 层的内聚力Ｃ＝１０ｋＰａ，内摩擦角 ＝３６。，重度 ： １８ｋＮ／ｍｓ；。除第七级分级高度为９ｍＰ［＂，其余分级 高度为６ｍ，上部两级坡率为１：１．５：下部七级坡率 为１：ｌ，除第七级和第八级之间没有平台外，其余 各级之间有２ｍ宽的平台 坡体模型如图１所示。因为此坡体结构较为均 匀，所以可以用一般的极限平衡法进行分析。计算 时采用了多种方法，其中普遍条分法与简布法的计 图２ 边坡塑性应变云图 算结果得出滑动面重合（见图１中白色线条），安全 系数也较为接近（见表１）；而毕肖普法和摩根斯坦 普赖斯法…得出的结果较接近，但是与前两种方法 差别较大 图３ 边坡水平方向位移云图 厂］ ｆ３４ ｌ－３ 两种方法比较分析 从上述两种方法的计算过程及结果可以看出： ａ）极限平衡法和强度折减法计算出的安全系数 较为接近（毕肖普法与强度折减法的偏差是５％）， 滑动面也较为接近，证明这两种方法在安全系数的 图１ 极限平衡法得出的滑动面 定义方面具有一致性，在工程实际中两种方法可以 相互比较： ｂ）极限平衡法得出的滑动面是一个圆弧，而强 度折减法得出的是一条滑动带，这条滑动带是坡体 中应变领先的部分，并不是严格的滑动面，但这是 表１ 极限平衡法得出的安全系数 方法 普遍条分法 毕肖普法 简布法 摩根斯坦普赖斯法 安全系数 １．２２ｌ １．２６２ １．２１９ １．２５８（Ｍ）／ｉ．２５５（Ｆ） 符合实际情况的：极限平衡法仅能得出临界滑动 面，并且不同方法得出的滑动面还会有差别，这明 显地说明极限平衡法所得出的滑动面不是真实的滑 动面： １．２ 边坡稳定的强度折减法分析 根据设计规范取下面两层全风化花岗斑岩的模 量Ｅ＝１．５ＧＰａ，／．ｔ＝０．４：土层的模量Ｅ：１．０ＧＰａ，／．ｔ＝ ０．２；其余参数与极限平衡法所建模型相同。边坡 计算时采用小变形有限元强度折减法，并采用等面 Ｃ）图２右边界上已经出现了由于边界条件模拟 不当而形成的塑性区，可以推断，如果右边界离坡 顶的距离小于塑性区的横向距离．那么得出的塑性 区将不是真实的塑性区，会影响最终的计算结果： 积圆屈服准则（ＡＮＳＹＳ中默认的是外接圆Ｄ—Ｐ准则） 和非相关流动法则。最终得出的安全系数为１．２０。 图２所示为边坡塑性应变云图．图３所示为边坡 水平方向位移云图。 但是对于极限平衡法，则不如强度折减法敏感； ｄ）在计算过程中，如果采用ＡＮＳＹＳ的智能划分 功能划分高精度单元，可能会提示出现坏的雅可比 算子，导致后处理不能进行，但是人工划分足够密 ｚ＿Ａ 嚣搿湖 Ｉ，４（ ｉ２３｛ ２＝ 度的单元则不会出现这种状况，可见单元划分状况 的滑动（见图５）。通过分析，即使发生滑动也只是 会影响结果：但是用ＧＥＯＳＬＯＰＥ程序中的条分法计 轻微的，墙前土体隆起约为０．３ｍ，墙向前位移约为 算时，如果设置搜索滑动面的网格足够密，５以上 ０．２ｍ（见图６）。 的条分数计算出来的结果没有变化，其反应远不如 强度折减法强烈： ｅ）强度折减法不仅能得出合理的滑动面和安全 系数．而且还能得出边坡的变形图（见图４），可以 清楚地看到坡体下沉，坡脚处向前隆起；而极限平 衡法则不能做此分析； 图５ 边坡水平位移图 ４ 边坡，盐彤 ｆ）使用强度折减法计算时，对于上述模型，子 步数采用１００，所用时间约为１ｈ；与之相比，极限 平衡法所需时间不过１ｍｉｎ左右，极大地影响了强度 折减法的使用。 图６ 边坡变形图（挡土墙处） ２ 防治措施 而对于极限平衡法．只能就挡土墙或土体的稳 经上述分析后决定在坡底采用防滑挡墙防护， 定性作单独分析，不能作整体分析。 其余各级坡体采用坡面绿化即可。强风化花岗岩采 ３ 结论 用拱形窗孔式绿化防护，植物品种以原山坡上的 通过有限元强度折减法和极限平衡法分别分析 草、灌木搭配方式为主，平台、坡顶、坡脚点缀以 公路高边坡防护前后的稳定性，得出了以下结论： 当地乔木。由于该地区降雨量丰富，边坡绿化可以 ａ）通过有限元强度折减法的分析能够更加真实 实现。 地反映坡体滑动面，而不是靠假设： 在设计前用极限平衡分析法计算得到边坡的剩 ｂ）极限平衡法仅能得出宏观层次的安全系数、 余推力为１ １４０．７２ｋＮ。用有限元方法［２－３］也能求出边坡 滑动面，而无法作进一步的深入研究；但是有限元 的推力，虽然求得的推力是基于弹性力学的，结果 强度折减法能够从微观层面分析应力应变、变形、 更精确，但是与基于静力平衡的方法得出的推力有 位移，方便工程人员采取适当的防护措施； 着本质上的不同ｌ ４ｌ。因此抗滑挡土墙设计时采用极 ｃ）强度折减法对于采取防护措施的边坡能作整 限平衡法的值，顶宽采用２．５ｍ，面坡倾斜坡度为１： 体稳定性分析，而极限平衡法则有所欠缺； ０．５，背坡倾斜坡度为ｌ：０－３，设防滑凸榫的挡土墙。 ｄ）极限平衡法很方便工程人员掌握，而且得出 在设防滑挡土墙后．对有防护措施的边坡的整 的结果比较稳定：强度折减法要在工程上获得广泛 体稳定性进行了分析。设置抗滑挡墙后的边坡安全 应用，则必须提高可操作性，方便工程人员掌握； 系数为２．５，可见达到了预期目的。图５和图６是用 ｅ）目前流行的强度折减法多是基于小变形有限 有限元强度折减法［ 作整体分析时计算出的结果。 元技术的。能够合理分析简单边坡的变形，对于大 边坡在挡土墙作用下，只可能发生滑动面更深 变形问题尚需要进一步研究。 ｝日２鹕、 豫 一是 长麓蠢墨藤设计摊张志强 （河北道桥工程检测有限公司，河北石家庄０５００２１） 礤爽－、 摘要：从长寿命路面的定义及特点可以看出，其优点在于设计寿命延长，养护费用较低，在寿命周期内的总费用最经 济。由于其不需要进行结构性大修，只需进行日常的养护维修，因此对交通的干扰不是很大，完全有可能避免交通全封闭， 这样给道路使用者带来的延误将会减少，由此带来的群众不满情绪以及道路有关部门的压力将会减轻。 关键词：复合式；长寿命：路面设计标准 中图分类号：Ｕ４１６．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１１）０３，０４—００３６—０３ ＤｏＩ：１０．３８６９￣．ｉｓｓｎ．１００２—４７８６．２０１ １．ｈ３．０１９ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｌｏｎｇ－ｌｉｆｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ——ｑｉａｎｇ （Ｈｅｂｅｉ Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｓｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｅｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｎｇ—ｌｉｆｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ａｒｅ ｌｏｎｇｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｌｉｆｅ，ｌｏｗｅｒ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｅｅｏ— ｎｏｍｉｃａｌ ｃｏｓｔ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ．Ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｒｅｑｕｉｒｅ ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｖｅｒｈａｕｌ，ｏｎｌｙ ｎｅｅｄ ｒｏｕｔｉｎｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｐａｉｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｔｒａｆｉｃ ｉｓ ｎｏｔｆ ｖｅｒｙ ｌａｒｇｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｅｎｔｉｒｅｌｙ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｒａｆｆｉｃ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｌｏｓｉｎｇ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｒｏａｄ ｕｓｅｒｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ・ ｉｎｇ ｍａｓｓ ｄｉｓｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏａｄ ａｕｔｈｏｒｉｔｉｅｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｕｎｄ；ｌｏｎｇ－ｌｉｆｅ；ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ＊＊＊ ・｝＿＊＊＊＿｛｝＊— ｝＊＊＊—仆 ｝＊＊＊—：・｝＿＋｝＊＊｛｝＿＿｛．｝＿＊＊｛Ｈ・｝ ．｝¨＊｛｝＿｛÷＊＊｛｝ ．｝—＊＊＊｛÷＊Ｎ－｛・－Ｈ・｝＊＊ 参考文献 ［１ｌ ＨＵ Ｈｕｉ，Ｄ０ＮＧ Ｍｅｉ，ＹＡＯ Ｌｅｉｈｕａ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ｆｏｒｍ ｏｆ ｆａｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ 民教育出版社，１９８０． ｆ５１任国础，马立周．基于弹塑性有限元法计算挡 墙的稳定性系数『Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（２２）： １０１—１０７． Ｍｏｒｇｅｎｓｔｅｒｎ—Ｐｒｉｃｅ Ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｘｉ ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒ－ ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ． 『６］郑颖人，赵尚毅．用有限元强度折减法求滑 （边）坡支挡结构的内力『Ｊ］．岩石力学与工程学报， ２００４，２３（２０）：３５５２—３５５８． ２００８，４０（２）：２０１—２０６． ［２］Ｙｉｊｕｎ Ｌｉｕ．Ｌｅｃｔｕｒｅ Ｎｏｔｅｓ：Ｉｎｔｒｏｄｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｆｉｎｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ［Ｍ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｕｒｂａｎａ．ｍｉｅ．ｕｅ．ｅｄｕ／ｙｌｉｕ／ ＦＥＭ一５２５／ＦＥＭ一５２５．ｈｔｍ．２００３—０５－０１． 基金项目：交通部西部交通建设科技项目（２００６３１８００００７） 作者简介：彭燃，男，长安大学公路学院硕士研究生，主要 ［３］朱伯芳．有限单元法原理与应用【Ｍ］．２版．北京： 中国水利水电出版社，１９９８． ［４］徐芝纶，弹性力学简明教程［Ｍ】．３版．北京：人 从事公路灾害防治方面研究。 收稿日期：２０１０—０８—０２ 嘶Ｎｓ ｓＴ ｉｊ＠ ｜１０ ２ｏ≯１ｌ ＩｓｓＬｐ ２３８ ２３ Ｊ
