第１２卷第４期 ２ ０ １ ４年８月 水利与建筑工程学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｒａｌｕ Ｖｏ１．１２ Ｎｏ．４ ～ｕｇ．，２０１４ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—１１４４．２０１４．０４．０３５ 土体强度参数对边坡隧道影响数值模拟分析 刘志伟 （国网福建省电力有限公司经济技术研究院，福建福州３５００１２） 摘要：为研究土体强度参数对边坡隧道的影响，采用数值模拟软件ＡＢＡＱＵＳ，建立了二维平面应变模 型，对比分析不同土体粘聚力和内摩擦角对边坡隧道的影响。结果表明：粘聚力和内摩擦角取值较小 时，开挖会使边坡产生较大位移；当二者增大一定程度后，边坡坡面最大位移变化量缩小，变化幅度在合 理范围内；若继续增大，计算结果无显著变化，对边坡隧道不产生较大扰动。可见，土体强度参数是影响 边坡隧道可靠性的主要因素。 关键词：边坡；隧道；粘聚力；内摩擦角；位移 中图分类号：Ｕ４５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１１４４（２０１４）ｏ４—０１７６—０５ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｍａｓｓ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｕｎｎｅｌｓ、 ｔｈ Ｓｉｄｅ Ｓｌｏｐｅｓ ＵＵ Ｚｈｉ—ｗｅｉ （Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ ０ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３５００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍａｓｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｕｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ ｓｉｄｅ ｓｌｏｐｅｓ，ａ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｌａｎｅ ｓｔｒａｉｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｈｅｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｓ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｈｅｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎ— ｇｌｅ ｂｅｃａｍｅ ｓｍａｌｌｅｒ，ｓｌｏｐｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｗｏｕｌｄ ｌｅａｄ ｔｏ ａ ｌａｒｇｅｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｗｈｅｎ ｔｈｅｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ，ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｌｏｐｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｗｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｏ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｌｉｍｉｔ：ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ ｔｏ ｉｎ— ｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｄ ｎｏ ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔ ｃｈａｎｇｅ，ｉ．ｅ．，ｏｂｖｉｆｏｕｓ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｅｅ ｔｏ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｄｉｄ ｎｏｔ ｏｃｃｕｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｍａｓｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌｉｂｉａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ ｓｉｄｅ ｓｌｏｐｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｏｐｅ；ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ 目前，我国大力发展隧道工程建设，主要为加快 城市问公路和铁路修建，提高国民经济发展。而边 坡工程与隧道工程又有着密不可分的联系。因此， 的概率分布从边坡可靠度角度进行了分析。李宗 坤，杨艳荣Ｅ５］编制Ｃ＋＋程序，结合河南省某水库边 坡工程，分析土体强度参数统计特性对其可靠性影 响。目前，大量学者ｌ５ ｊ在强度参数对边坡稳定性 的影响方面做了详细地研究。因此，本文以一典型 结合二者共同分析研究，可为类似实际工程提供建 设性与可行性建议。 在边坡隧道稳定性分析中，土体强度参数对计 算结果起着至关重要的作用【 。王毅【 Ｊ对比分析线 性和非线性强度参数对边坡稳定性的影响程度，通 过实例分析得出，抗剪强度参数选取关系到分析结 果的正确性。陈科平等学者＿３ Ｊ采用极限平衡法分析 土质边坡为例，着重研究隧道轴线与滑动方向相互 垂直的情况下，不同抗剪强度参数对边坡隧道的扰 动影响，为此类边坡隧道建设提供可行性参考。 ｌ有限元计算 １．１边坡概况 边坡强度参数对其稳定性影响。姜彤等学者［ ］认为 抗剪强度参数之问具有一定相关性，从而，对其取值 该边坡位于某建设中的高速路旁。边坡高５０ 收稿日期：２０１４．０２—２０ 修稿日期：２０１４．０３．２４ 作者简介：刘志伟（１９８２一），男，福建漳州人，工程师，主要从事边坡稳定性分析研究工作。 １８０ 水利与建筑工程学报 第１２卷 参考文献： ［１］林鲁生，蒋［２］王刚，白世伟，等．土体抗剪强度参数取值的 统计分析方法［Ｊ］．岩土力学，２００３，２４（２）：２７７—２８０． ［９］汤罗圣，殷坤龙，刘艺梁．基于因子分析和ＢＰ神经网络 的滑坡抗剪强度参数取值［Ｊ］．灾害学，２０１２，２７（４）：１７— ２０． 毅．强度参数的取值对边坡稳定分析的影响探讨 杭，等．边坡强度参数对于稳定性 ［１０］刘子振，言志信，凌松耀，等．非饱和土边坡抗剪强度 的力学参数影响及灵敏度分析［Ｊ］．中南大学学报：自 然科学版，２０１２，４３（１１）：４５０８．４５１３． ［１１］ 刁虎．矿山岩体边坡强度参数选取研究［Ｊ］．金属矿 山，２０１２，（８）：３７．３９，６４． ［Ｊ］．山西建筑，２００９，３５（２０）：９０．９１． ［３］陈科平，彭文详，林３４（６）：１９０５—１９０９． 影响的极限平衡法分析［Ｊ］．沈阳工业大学学报，２０１２， ［４］姜彤，马莎，李永新．抗剪强度ｃ， 值概率分布对 ［１２］籍延青，隋来才．山西黄土地区公路边坡强度参数选 取方法研究［Ｊ］．山东理工大学学报：自然科学版， ２０１２，２６（６）：５３．５７． 边坡可靠性分析的影响［Ｊ］．华北水利水电学院学报， ２００４，２５（３）：４６．４９． ［５］ 李宗坤，杨艳容．土体强度参数统计特性对土石坝边坡 可靠性的影响分析［Ｊ］．中国农村水利水电，２０１１，（８）： １４６—１４８，１５０． ［１３］郝建云，赵［１４］刘慧芬，刘欢．基于强度折减法的不同坡角边坡稳 超．土体抗剪强度参数取值探讨［Ｊ］．南 定性分析［Ｊ］．河南城建学院学报，２０１３，２２（２）：１－４． 水北调与水利科技，２０１３，１１（２）：８３—８４． ［１５］王金昌，陈页开．ＡＢＡＱＵＳ在土木工程中的应用［Ｍ］． 杭州：浙江大学出版社，２００６． ［６］ 高德军，徐卫亚，郭其达．长江三峡大石板滑坡计算参 数反分析［Ｊ］．河海大学学报，２００６，３４（１）：７４—７８． ［７］胡必容．土体强度参数与边坡变形破坏研究［Ｊ］．路基 工程，２００９，（１）：１６５—１６６． ［１６］汪益敏，苏卫国．土的抗剪强度指标对边坡稳定分析 的影响［Ｊ］．华南理工大学学报：自然科学版，２００１，２９ （１）：２２—２５． 铈 ：乖 不 乖 不 尔 舔 乖 乖 坏 ［８］王飞．考虑ｃ， 相关性边坡稳定性多因素敏感性分 析［Ｊ］．中国水运，０１１，１１（５）：２２２７．２２９． 笳 笳 矫 不 铞 环 不 不 （上接第１５２页） ［２］柏正林．用蒙特卡洛模拟法推求工程设计流量［Ｊ］．水 文，０１１，２３１（６）：７０—７５． １２． ［１０］彭云，苏春江，徐云，等．径流丰枯时间序列的分 ［３］张建云，章四龙，王金星，等．近５０年来中国六大流域 年际径流变化趋势研究［Ｊ］．水科学进展，２００７，１８（２）： ２３０—２３４． 形特征及Ｒ／Ｓ分析［Ｊ］．安徽农业科技，２００７，３５（１）：４— ５，８． ［１１］樊扬，等．气候变化对中国水安全的 毅，周林，黄芸，邹王月，等．西南干热河谷降水蒸发 ［４］张建云，王国庆，杨变化趋势分析［Ｊ］．人民长江，２０１０，４１（１）：１７—２０． ［１２］邱鑫，李洪良，等．基于模糊Ｒ／Ｓ分析模型 的降水预测在农业中的应用［Ｊ］．中国农村水利水电， ２００６，（１０）：０—２２３． 影响研究［Ｊ］．气候变化研究进展，２００８，４（５）：２９０—２９５． ［５］朱晓华，杨秀春．水旱灾害时间序列的分形研究方法 ［Ｊ］．安徽农业科学，２０００，２８（１）：３５—３６，３８． ［６］王星．非参数统计［Ｍ］．北京：中国人民大学出版社， ２００５． ［１３］黄８７． 勇，周志芳，王锦国，等．Ｒ／Ｓ分析法在地下水动 态分析中的应用［Ｊ］．河海大学学报，２００２，３０（１）：８３— ［１４］周冲，张天山，徐海波，等．影响我国热带气旋的频 ［７］王静龙，粱小筠．非参数统计分析［Ｍ］．北京：高等教育 出版社，２００６． ［８］刘坦然，刘冬雪，薛东升，等．影响我国台风的频数与强 度变化趋势预测［Ｊ］．海洋工程，２０１２，３０（３）：１７０．１７６． 数与强度预测研究及其在海洋工程中的应对［Ｊ］．水 资源与水工程学报，０１２３，２４（４）：４．６６８． ［１５］赵晶，王乃昂．近５０年来兰州城市气候变化的Ｒ／Ｓ 分析［Ｊ］．干旱区地理，２００２，２５（１）：９０．９５． ［９］王孝礼，胡宝清，夏 军．水文时序趋势与变异点的 Ｒ／Ｓ分析法［Ｊ］．武汉大学学报：工学版，２００２，３５（２）：１０－