垂直开挖边坡不稳定区域的确定.pdfVIP

垂直开挖边坡不稳定区域的确定 卢坤林，杨扬 合肥工业大学土木与建筑工程学院(230009) E-mail：lukunlin@ 摘 要：边坡开挖打破了原来平衡的应力状态，导致土坡稳定性降低，通过合理假定后，分 析了开挖前后应力状态的变化，考虑了开挖卸荷对土体所造成的应力释放，得到了坡体内每 一点的应力状态，根据摩尔-库仑强度准则确定滑动面的位置。同时也确定了不稳定区域的 范围，通过算例分析验证了该方法的合理性。 关键词：开挖边坡，卸荷，滑动面，应力重塑 1. 引言 对于开挖土方引起滑坡的问题上，其主要原因 （内因）是开挖卸荷破坏了原有稳定的应 力状态。而当前建立的土坡稳定性分析的种种方法和评价体系[1]都没有系统的考虑开挖卸荷 对稳定性的影响。 王国体针对这一问题提出了应力重塑方法[2]，该方法利用膨胀锚、预应力锚杆等支护结 构对坡面产生的预压力来弥补由于开挖卸荷所造成的应力损失，使边坡土体的应力状态回复 到未开挖时的稳定应力状态。 众所周知，膨胀锚、预应力锚杆等必须进入稳定土体区域才能正常工作，因此，确定开 挖后不稳定区域范围成为应力重塑方法得以实现的一个关键问题。本文从垂直开挖这一特例 对不稳定区域范围进行分析。 2. 基本假定 a. 土体均质，各向同性，完全弹性的半无限体； b. 天然地面水平； c. 无地下水； d. 垂直开挖，坡面较大，仍满足半无限体； e. 平面应变。 3. 开挖前土体的应力状态 未开挖土体满足弹性半无限大空间应力状态，如图 1 所示，则此时的应力状态为: σ γz (1) z σ σ K γz (2) x y 0 τ τ 0 (3) xz zx 式中σ 、σ 、K 、γ 、z 依次为竖向自重应力、侧向自重应力、侧压力系数、土的容重 z x 0 和距地表深度。 x o z xz x z 图 1 未开挖土体内任一点应力状态 图2 开挖土体对坡面的作用 - 1 - 4 ．开挖卸荷对坡体的力学效应 所要开挖的土体在开挖前对开挖面的力学效应可以用力的形式作用在开挖面上 （如图2 所示），二者在作用效果上是等价的。因此，研究该力对开挖面内土体的影响可以反映所要 开挖的土体在开挖前对开挖面内土体的影响。 4.1 等效力的确定与等效力对开挖面内土体影响 如图 3 所示，垂直开挖后，开挖土体对开挖面的作用荷载应为p (z ) K γz ，由基本假 0 定可知，可把开挖面看成半无限弹性体，等效力作用开挖面后对开挖面内任一点M 影响可按 三角形分布的条形荷载作用下附加应力的解答[3]来确定，这里要注意的是等效力是沿着x 向 作用，与常规的沿着z 向作用不同。具体表达式如下： ∆σ K p K K γh (4) x x 0 x 0