三维网垫植草护坡坡体稳定性数值分析.pdf

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1、第42卷第9期人民长江Vo1．42．NO．92011年5月YangtzeRiverMay，2011文章编号：Il1001—4179(2011)09—0076—05三维网垫植草护坡坡体稳定性数值分析肖成志2，李雨润一，王朋，刘晓朋(1．河北工业大学土木工程学院，天津300132；2．河北工业大学河北省土木工程技术研究中心，天津300132)摘要：三维土工网垫植草护坡作为一种重要的生态防护形式而广泛用于岩土工程领域。基于有限元软件MI．DAS—GTS，结合护坡体浅层土体力学性能，建立了降雨渗流情况下采用三维网垫植草护坡的路基和路堑边坡的有限

2、元模型，进而模拟浅层和整体坡体在降雨渗流情况下的稳定性。结果表明，三维网垫植草护坡使路基和路堑边坡坡体的安全系数提高了20％左右，三维网垫护坡起到了很明显的应力消散作用，使得坡体在软弱夹层处的变形显著减少，进而有助于减少溜方或部分坡体滑塌等边坡灾害。关键词：三维网垫植草护坡；路基；路堑；边坡稳定性；安全系数；有限元中图法分类号：TU47文献标志码：A边坡中渗透水压力和渗流场分布形式是影响边坡稳定和变形的重要因素，这使得降雨尤其是历时长、强度大的暴雨成为导致边坡失稳破坏的重要诱因，因此边坡防护形式的选择成为边坡防护工程的焦点之¨一。三维网

3、垫植草护坡作为一种新型的生态护坡形式，充分利用植物并结合三维网垫，在坡面形成一种具有自组织、自支撑与自修复能力的功能体系，实现边坡的抗冲刷、抗滑动和生态恢复，以达到减少水土流失和维持生态多样性的目的。黄俊等采用有限元方法对土坝进行了饱和一维非饱和渗流数值计算，结果与实际比较吻合，胡明鉴和张平仓考虑了边坡土质f){)一{主≥)2条件、结构条件和降雨量、降雨人渗等对边坡稳定的影响。然而目前国内外对生态护坡形式在降雨渗流时对边坡稳定性的影响分析很少，鉴于此，采用有限元软件MIDAS—GTS，对降雨、渗流等多种工况下路基、路堑稳定性进行数值模拟

4、研究，以分析三维网垫植草护坡对坡体稳定性的影响。1三维网垫植草护坡坡体渗流与强度分析1．1边坡渗流场与应力耦合理论边坡稳定性分析时水的影响以渗透体积力和渗透压力两种方式考虑，水荷载大小与渗流场分布密切相收稿日期：2010—04—26基金项目：国家自然科学基金项目(509090321)；河北省教育厅项目(2007431)；博士后基金项目(20070420807)作者简介：肖成志，男，博士，副教授，主要从事土工合成材料及其加筋结构特性方面的研究。E—mail：xiaoengzhi2@sina．corn第9期肖成志，等：三维网垫植草护坡坡体稳

5、定性数值分析77善是因加筋土的黏聚力有所增加，即似黏聚力△c，且风化岩土层为风蚀沉积土层，软岩层有很强的裂隙水似黏聚力Ac可表示为：存在，且属于密集裂隙岩块与裂隙网格组合型岩体空隙分布方式。路堑放坡为1：0．5，为了考虑路堑边(3)坡实际抗溜方和部分滑塌能力，采用三维网垫植草护坡层为路堑护坡形式，即挂双网(下铁丝网上三维网)式中，=tan2(45。+詈)；l，为加筋土样破坏时的植草护坡体系，这种护坡方式按照TBS护坡体系进最大主应力；or为无筋土样破坏时的最大主应力；为行。无筋土样的内摩一擦角；c为无植被时原土样的黏聚力；边坡岩土体本构

6、模型采用Mohr—Coulomb模型，，为对土样施加的侧限应力。路面结构层和护坡道结构层本构模型为Drucker—Prager模型。两种模型体中相关参数如表1所示。2MIDAS—GTS有限元实体模型图1中路基和路堑模型中深色单元为各自纵向对称坡面，且为后续计算中参数变动的对比分析路径。2．1模型建立表1路基和路堑模型体材料参数如图1所示，y方向为竖直方向，Z方向为路基或路堑延伸方向，方向为横截面方向，图1(a)中路基模型体上下分4层，最上层为路面结构层，其下为路基主受力层，即施工中压实度要求较高的层面，中间为路基主体层，底层为处理后的土

7、层。模拟路基的放坡形式为两级放坡，上部坡高5m，下部4m，模型总高12m，纵深长度为9．6m，中间为水泥浆砌片石护坡道，上路基边坡坡度为1：1，下坡坡度为1：1．5。路基体上表面受到2OkPa的均布荷载作用，以模拟汽车轴载作用。2．2边界条件降雨条件下的坡面降雨入渗径流量为0．3。／mhm，曲面径流时长为24h。路堤模型中渗流条件下的上水头为12m，下水头为3m。路堑模型中软岩破碎体的渗流上水头(软岩体)为8m，下水头为(路面结构处)3m。底面节点约束3个方向自由度，实体模型两侧边界面上约束和z两个方向自由度。2．3有限元分析工况和坡体

8、稳定评价参数如表2所示，边坡模型数值模拟分析分为4种工况：①降雨渗流耦合时三维网垫植草护坡坡体稳定性分析；②单纯渗流时三维网垫植草坡体稳定性分析；③降雨渗流耦合时无护坡的裸露坡体稳定性分析；④表2分析工况详