降雨条件下路基边坡稳定性数值分析

降雨条件下路基边坡稳定性数值分析

摘要：结合具体工程算例对不同降雨条件下的路基进行了稳定性分析，并讨论了各因素变化及其对路基稳定性的影响。采用大型有限元程序ANSYS通过工程实例分析了不同降雨持时对路基稳定性的影响；通过分析得出了节点位移、节点应力和塑性区域等随降雨持时的变化规律。把有限元强度折减法拓展应用于非饱和土，求出了土质和岩质地基的路基安全系数，并与极限平衡法求得的安全系数进行对比分析。

关键词：降雨入渗，非饱和土，极限平衡法，有限元法，路基稳定性

公路路基边坡稳定分析的特殊性主要表现在：1) 高填土的非饱和性。一般的高填土路基为碾压密实的粘性土，属于非饱和土的范畴。2) 降雨入渗渗流的特殊性[1-3]。渗流一方面包括路基两侧因水位差而引起的渗流，另一方面还应包括强降雨引起的渗流。后一方面正是体现了公路路基渗流的特殊性。能持续一定时间的强降雨入渗能在路基上部的一定范围内形成渗流影响区，所以降雨入渗所引起的渗流也只发生在路基的上部，这和传统意义上的渗流有很大的区别。

1 边破安全系数的确定

一个土质边坡的安全系数是这样定义的，为了使边坡达到破坏，给原始的剪切强度参数除以一个数，这个数就是安全系数(安全系数这种定义和极限平衡法中的定义是相同的)。建立在强度缩小有限元分析基础上的边坡稳定分析的基本原理是将边坡强度参数粘聚力和内摩擦角同时除以一个折减系数，得到一组新值。然后作为一组新的材料参数输入，再进行试算。当计算不收敛时，对应的被称为边坡的最小安全系数，此时边坡达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到临界滑动面[87，88]。经过折减的剪切强度参数和变为：

(1)

式(1)适用于饱和土抗剪强度理论，本文采用非饱和土抗剪强度理论，剪切强度参数和，其中，因此经过折减的剪切强度参数和变为：

在指定的最大迭代次数内，如果算法不能收敛，就意味着没有发现同时既能满足摩尔一库仑破坏准则又能满足整体平衡的应力分布。如果算法不能满足这些准则，则说明破坏己经发生了。边坡破坏和数值上的不收敛同时发生，并且伴随着网格中节点位移的显著增加，依靠位移的网格图和向量图来显示安全系数和破坏机制的特性。

根据设定的迭代次数可以求得路基的安全系数，将土质地基、岩质地基和极限平衡法算得的安全系数如表1所示。这里需要说明的是极限平衡法土体的物理

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