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案例7:边坡短期稳定性

本案例中分析的边坡和上一章相同(如图7.1所示)。上一章中我们分析了该边坡的长期稳定性,本章中我们将分析其短期稳定性。同样的,依然假设地下水位位于坡脚以下一定深度处。同时,整个边坡的饱和度足够高使得坡体内可以产生超静孔隙水压力,即短期条件下坡体内各处都处于不排水状态。

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图7.1 两层土边坡       

和分析其他其他「排水/不排水」材料在短期条件下的性能一样,边坡的初始地应力对于分析其稳定性至关重要。对于本案例中的情况,OptumG2提供了多种计算初始地应力的方法,其中最直接且最方便的方法是让软件自动计算并尽可能的达到指定的应力状态:

 image.png

其次,由于初始地应力和边坡的应力历史有关,因此有时候可以先创建一个矩形区域且让其应力状态满足:

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然后开挖掉部分区域并形成当前的边坡。接下来,我们分别对两种情况均进行分析。

7.1 自动计算初始地应力

该方法是最直接且最方便的方法。初始地应力由软件自动计算得到(前面的章节中已对各种初始地应力的计算方法做了详细介绍)。采用「强度折减」分析类型,设置网格单元数量为1000,自适应迭代次数为3,分析得到如下结果:

image.png   (7.1)       

image.png   (7.2)       

和上一章中分析的长期稳定性(安全系数1.34左右)相比,短期条件下,边坡的稳定性更好一些。破坏模式如图7.2所示。

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图7.2 破坏模式(强度折减极限分析 – 短期)

7.2 开挖后的初始地应力

另一种得到初始地应力的方法是,先创建一个矩形区域并分析得到其初始地应力,然后进行开挖,并得到当前边坡的形状。OptumG2可以完美的对这种情况进行分析。图7.4中对各个工况阶段以及工况阶段之间的相互关系进行了详细说明。

计算得到的结果如下:

image.png   (7.3)       

image.png   (7.4)       

由计算结果可知,安全系数略小于前面采用的自动计算初始地应力方法。图7.3中给出了两种不同方法计算得到的初始地应力的分布情况。两者的不同最终反应在了计算得到的安全系数上。值得注意的是,并不是第二种方法计算得到的安全系数就一定小于第一种方法,虽然大部分情况都符合该规律,和本案例非常相似。

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图7.3 初始竖向和水平地应力

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图7.4 采用「弹塑性」分析得到开挖后的边坡初始地应力,并采用强度折减下限分析和上限分析得到边坡短期稳定性

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