接触面参数对挡土墙边坡稳定性的影响分析

黄贝贝 王威 杨正玉 崔雨 刘顺青

摘  要：为考虑接触面参数对挡土墙边坡稳定性的影响，采用有限元极限分析软件OPTUM G2建立了边坡数值模型，分析了接触面的黏聚力及内摩擦角对挡土墙边坡稳定性的影响规律。研究结果表明，随着接触面黏聚力及内摩擦角的增加，挡土墙边坡的下、上限安全系数都逐渐增加，但是接触面内摩擦角对挡土墙边坡稳定性的影响更大。研究结果可为挡土墙的设计提供一定参考依据。

关键词：接触面;边坡;挡土墙;稳定性;极限分析

中图分类号：U213         文献标志码：A         文章編号：2095-2945（2019）23-0065-02

Abstract： In order to study the influence of contact surface parameters on retaining wall slope stability， the finite element limit analysis software OPTUM G2 is used to establish the numerical model.And then the influence of cohesion and internal friction angle of contact surfaceon the slope stability is analyzed.The results show thatthe lower and upper limit safety factors of retaining wall slopes all gradually increasewith the increase of the cohesion and internal friction angle.But the internal friction angle of contact surface has more influence on the retaining wall slope stability. The research results can provide some reference for the design of retaining walls.

Keywords： contact surface; slope; retaining wall; stability; limit analysis

1 概述

在山区修建城市、公路及铁路时，常会遇到边坡的开挖及回填问题，挡土墙作为一种常见的支护措施在边坡工程中得到了广泛应用。目前针对挡土墙边坡稳定性方面已有一些相关研究[1-2]，然而挡土墙与土体接触面参数对边坡稳定性影响如何还未有系统研究。本文采用有限元极限分析软件OPTUM G2建立了挡土墙边坡的数值分析模型，分析了接触面的黏聚力及内摩擦角对边坡稳定性的影响规律。研究结果可为挡土墙的设计提供一定参考依据。

2 有限元极限分析计算模型的建立

本文采用有限元极限分析软件OPTUM G2建立挡土墙的分析模型，在模型的左右边界设置水平约束，在模型的底部边界设置固定约束。挡土墙边坡稳定性的计算模型如图1所示。

挡土墙边坡稳定性计算时墙前、后的“土体”及“接触面”的本构模型均采用摩尔-库伦模型，挡土墙采用刚体材料模拟，重度为22kN/m3。挡土墙与土体的接触面采用OPTUM G2中的“剪切节理”进行模拟。具体的计算参数如表1所示。

3 接触面黏聚力对挡土墙边坡稳定性的影响分析

为分析接触面黏聚力对挡土墙边坡稳定性的影响，选取接触面的内摩擦角为30°，接触面的黏聚力分别为0kPa、5kPa、10kPa、15kPa、20kPa，挡土墙边坡稳定性的计算结果如图2所示。从图2中可以看出，当接触面的黏聚力从0kPa增加到20kPa时，边坡的下限安全系数从1.421增加到1.639，增加约15%;上限安全系数从1.547增加到1.719，增加幅度约为11%。

4 接触面内摩擦角对挡土墙边坡稳定性的影响分析

为分析接触面内摩擦角对挡土墙边坡稳定性的影响，选取接触面的黏聚力为10kPa，内摩擦角分别为5°、10°、15°、20°、25°及30°，挡土墙边坡稳定性的计算结果如图3所示。从图3中可以看出，当挡土墙接触面的内摩擦角从5°增加到30°时，边坡的下限安全系数从1.365增加到1.576，增加幅度约为15%;上限安全系数从1.450增加到1.649，增加幅度约为14.0%。

限于文章篇幅，选取内摩擦角为10°时挡土墙边坡的下限剪切耗散图，如图4所示。从图4中可以明显看出挡土墙后的土体主动土压力区及墙前的被动土压力区，并且挡土墙墙趾处有应力集中现象。

5 结论

（1）接触面内摩擦角相同时，随着接触面黏聚力的增加，挡土墙边坡的下、上限安全系数逐渐增加，增加幅度都超过10%。

（2）接触面黏聚力相同时，随着接触面内摩擦角的增加，挡土墙边坡的下、上限安全系数逐渐增加，增加幅度约为15%。

参考文献：

[1]王成皿，王中文.基于规范法的加筋土挡土墙边坡加固稳定性计算研究[J].中外公路，2017，37（2）：24-26.