土质边坡稳定性影响因素研究

姜丰

重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074

摘要：边坡稳定性是山区建设中要考虑的重点因素，一旦边坡失稳将造成山体滑坡等严重的自然灾害，造成大量人力物力的损失。本文依托某边坡为工程背景，利用有限元强度折减法和简化Bishop法，对边坡的安全稳定性系数进行计算，旨在研究坡度角、内摩擦角、黏聚力等因素对边坡稳定性的影响。将上述两种方法求得的安全稳定系数进行对比，验证了有限元强度折减法的可行性。为边坡工程设计和风险评估提供了重要的参考依据。

关键词：边坡稳定性；强度折减法；简化Bishop法

引言

边坡工程的设计和施工是保障人民生命财产安全的关键任务。然而，由于复杂的地质条件和边坡结构的多样性，土质边坡的稳定性受到许多因素的影响，因此，深入研究土质边坡稳定性的影响因素对于工程实践具有重要意义。为了准确评估土质边坡的稳定性，本研究采用了有限元强度折减法和简化Bishop方法进行相互验证。有限元强度折减法基于数值模拟原理，综合考虑了土壤的力学性质和几何形状参数，能够较为准确地预测边坡的稳定性。简化Bishop方法则通过简化土体力学模型，结合土壤参数和边坡几何形状，给出了边坡稳定性的简化计算公式。两种方法的相互验证将为土质边坡稳定性研究提供可靠的理论依据和工程实践指导。

1工程概况及有限元模型建立

1.1工程概况

本文依托某高速公路边坡工程，边坡的设计和施工旨在确保填土边坡的稳定性和安全性。边坡的设计采用45°的坡角，填土高度为10m，填土选用级配良好的砂岩碎石土。

1.2有限元模型建立

    土体重度为20γ/(kN∙m-3)，黏聚力为30c/kPa，内摩擦角为30φ/(°)，弹性模量为60E/MPa，泊松比为0.3μ。在计算过程中应采用Mohr-Coulomb屈服准则，进行网格划分及有限元计算模型建立，并根据有限元强度折减法计算得出的边坡稳定性安全系数为1.35。

2边坡稳定影响因素分析

2.1坡度角对边坡稳定性的影响

图1安全系数随坡度角的变化曲线

由上图曲线可得出，随着坡角的增加，边坡的安全系数会减小，且减小的趋势逐渐趋于平缓。这是因为较大的坡角会增加边坡上的剪切力和倾覆力，使得边坡的稳定性降低。且利用强度折减法计算得到的边坡安全系数总体上来看比Bishop法计算得到的要高出约3.8%。

由于安全系数随着坡度角的增大而减小，意味着较大的坡角会对边坡的稳定性产生不利影响。因此，合理选择较小的坡角可以增加边坡的稳定性[2]。

2.2内摩擦角对边坡稳定性的影响

图2安全系数随内摩擦角的变化曲线

    由上图曲线可得出，随着内摩擦角的增加，边坡的安全系数随之增加。说明较高的内摩擦角有助于提高边坡的稳定性[3]。不同内摩擦角下利用强度折减法得出的安全系数比Bishop法高出约3.8%。

较高的内摩擦角可以增加土体的抗剪强度，使土体更能抵抗剪切力的作用。因此，边坡的抗滑性能增强，安全系数相应提高。内摩擦角的增加还可以减小土体的变形能力，使土体更加刚性。有助于减少边坡的变形和沉降，进一步提高边坡的稳定性。

2.3黏聚力对边坡稳定性的影响

图3安全系数随黏聚力的变化曲线

由上图曲线可得出，随着填土黏聚力的增加，边坡的安全系数呈上升趋势[4]。且逐渐趋于平缓，说明黏聚力并不是越大越好，需要有一个适度的范围。

较高的填土黏聚力可以增加土体的抗剪强度，和土体颗粒之间的内摩擦力从而提高边坡的抗滑能力因此适土体的黏聚力当增加有利于提高边坡的稳定性。

3结论与展望

    本文依托某边坡工程了，利用两种方法分析了坡度角、内摩擦角、黏聚力等土体参数对边坡稳定性的影响。并将两种方法计算得到的安全系数进行对比，得出的安全系数随各种土体参数变化的关系曲线趋势基本一致，但有限元强度折减法计算得到的安全系数比Bishop法大3.8%左右。

边坡稳定性的设计是关乎人类生命安全的重大问题，在考虑边坡稳定性影响因素时，不仅要考虑到上述研究中重点分析的土体性质对稳定性的影响，也要考虑到其他内在因素以及外部因素。将以上各种因素看成一个整体，才能设计出合理、安全、稳定的边坡，保障人类生命和财产的安全。

参考文献

[1]段成用,叶祖强.基于有限元土质边坡稳定性影响因素分析[J].科技视界,2021(12):63-66.DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2021.12.21.

[2]田俊.某高边坡稳定性分析及支护方案研究[J].建筑安全,2023,38(01):24-26+30.

[3]邵珠山,崔枫,李成龙,丁保新.粉质黏土隧道边坡稳定性影响因素及处治技术研究[J].铁道科学与工程学报,2020,17(08):2055-2064.DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20190962.

[4]杨朔明,王志云,樊可为,张雁鹏,杨鹏锟.土质边坡稳定性影响因素的有限元数值分析[J].山西建筑,2022,48(18):87-89.DOI:10.13719/j.cnki.1009-6825.2022.18.022.