某边坡支护方法应力应变分析浅议

摘要：高边坡变形与稳定一直都是工程界十分关注的问题之一，本文以某枢纽的高边坡为例，详细论述了高边坡应力应变的计算过程，为类似工程计算以及支护措施考证提供借鉴意义。

关键词：高边坡；岩土工程；有限元；应力应变分析；

1计算模型

本次计算选取某个剖面进行计算分析【2】，剖面示意图如图1所示。

在具体的分析计算时模型的坐标系仍然是在右手螺旋定则的基础上实现的：沿着剖面线方向x轴，指向山里为正；垂直剖面线方向为z轴，厚度取1m；竖直方向为y轴，指向上为正。剖面模型尺寸为800m×750m×1m由8162个节点和3934个六面体单元组成；如下图2所示。

2计算参数的选取

本次计算采用的各岩土材料的物理力学参数见表1。

3计算工况

通过勘探平硐发现，边坡内存在两组卸荷裂隙，然而仅仅通过勘探平硐确定卸荷裂隙空间分布形态是十分困难的。本次计算结合该右岸高边坡工程地质情况，假定PD21以下卸荷裂隙与坡面平行，PD21以上卸荷裂隙以相同产状切出，卸荷裂隙分布下界分别和岩脉带和F9断层，对以下情况进行分析。各种情况卸荷裂隙分布如表2所示。

4剖面右岸边坡支护措施模拟

该工程右岸边坡存在F7、F9、F11、F15、F18等断层，从断层空间分布特性可以确定已探明的断层中不存在空间产状对边坡整体稳定性不利的主控性断层。但F9断层延伸长度较长，在地表出露650m左右，断层影响带较宽，影响带可达20m以上，并且局部区域遇水软化现象明显，水库正常蓄水后，部分F9断层将浸泡在水中。

四种情况下，数值计算收敛性如表3所示。表中信息表明，第四种情况条件下，大坝蓄水后，数值计算不收敛，边坡处于失稳状态。

四种情况下，大坝蓄水后，边坡应力分布情况如图3所示。由图3可以看出，各种情况下边坡最大、最小主应力分布规律基本一致，最大主应力以压应力为主，量值约为40MPa，位于模型底部，主要由自重应力构成，应力值由底部向坡面逐渐减小；最小主应力以压应力为主，坡面局部区域出现拉应力区，范围很小，最大拉应力约为0.5MPa；最小主应力在断层和岩脉带附近出现突变区域，说明断层和岩脉对边坡整体应力分布有一定影响。

四种情况下，大坝蓄水后，边坡位移分布情况如图4所示。边坡位移分布规律表现为：（1）前三种情况，x方向位移均表现为，F9断层以上指向山里，量值很小，最大为5.4mm，F9断层以下指向山外，最大位移约2cm；（2）第四种情况，x向最大位移位于24m深的卸荷裂隙和F9组成的块体上，最大位移为27.5cm；（3）前三种情况，y方向位移主要表现为，F9断层以上山体下沉，最大下沉位移为1.98cm，F9断层以下上体略有隆起，最大隆起位移为5mm；（4）第四种情况，y向位移最大值位于24m深的卸荷裂隙和F9组成的块体上，最大竖向位移为12cm；（5）通过第四种情况下边坡位移分布情况可以确定边坡失稳模式和范围：以24m深的卸荷裂隙为底滑面，由F9断层处剪出。

四种情况下，大坝蓄水后，边位塑性区分布规律表现为：（1）前三种情况，边坡塑性区分布主要集中在F9断层处，坡面至坡里约200m范围内，F9断层基本处于塑性屈服状态，坡顶出现零星拉塑性屈服区；（2）第四种情况，边坡塑性区主要分布在F9断层和以24m深的卸荷裂隙为侧面，F9断层为底面的块体内和边界附近，通过贯通塑性区确定得到的边坡失稳范围和通过位移分布情况得到的结果是一致的：以24m深的卸荷裂隙为底滑面，由F9断层处剪出。

5 结论

为了进一步说明F9软化对卸荷裂隙的影响，统计了卸荷裂隙最大相互错动量、F9断层坡表面出露处位移和塑性屈服岩体体积3组数据，如表4所示。表中数据表明，F9软化会使上部卸荷裂隙张开错动，对边坡整体稳定性造成影响。因此，深入研究边坡加固措施是十分必要的。

参考文献：

[1]郑颖人， 赵尚毅， 邓卫东. 岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析[J]. 岩石力学与工程学报， 2003， 22（12）： 1943-1952.