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山体土石方边坡分级开挖分段合拢施工工法山体土石方边坡分级开挖分段合拢施工工法一、前言山体土石方边坡分级开挖分段合拢施工工法是一种在山体工程中常用的施工方法。
通过此工法，能够保证施工的质量和安全，提高项目的经济效益。
二、工法特点该工法的特点如下：1. 采用分段合拢的施工方式，大大减少了边坡施工过程中的不稳定因素，提高了施工的可靠性。
2. 通过分级开挖的方式，能够有效地减少边坡的坡度和坡高，降低了边坡的压力，增强了整个边坡的稳定性。
3. 采用合理的施工工艺和技术措施，能够保证开挖的质量和尺寸的准确性。
4. 通过科学的劳动组织和合理的机具设备的运用，提高了施工效率，降低了施工成本。
三、适应范围该工法适用于土石方边坡工程，包括公路、铁路、水利、矿山等工程，尤其是具有较大坡度和高度的边坡工程。
四、工艺原理该工法的施工原理是在保证边坡稳定性的前提下，通过分级开挖和分段合拢的方式进行施工。
具体原理如下：1. 分级开挖：根据边坡的高度和坡度，将边坡分为若干个工作面。
先从上部进行开挖，逐渐向下进行，直至开挖底部。
在每个工作面上，采取适当的台阶开挖方式，减少边坡的坡度和坡高，提高边坡的稳定性。
2. 分段合拢：在每个工作面开挖完成后，立即进行封边处理，采用适当的支护方式和施工材料，将边坡封闭，并在封边处理后将不同工作面进行连接，形成一体化的边坡结构。
五、施工工艺1. 施工准备：确定边坡的设计参数和施工方案，制定施工计划。
准备所需的材料、机具设备和劳动力。
2. 分级开挖：根据设计要求和施工方案，先从上部开始逐级开挖，逐渐向下进行，直至开挖底部。
3. 封边处理：在每个工作面开挖完成后，立即进行封边处理。
根据具体情况，选择合适的支护方式和施工材料，如钢筋混凝土喷射支护、锚杆支护等。
4. 分段合拢：在封边处理后，将不同工作面进行连接，形成一体化的边坡结构。
根据设计要求，采取适当的方法，如用钢筋将工作面连接在一起。
六、劳动组织在施工过程中，需要合理组织施工人员的工作，分配任务，确保施工进度和质量。
第!!卷第"期!##$年%月西北水力发电&’()*+,’-*’)./012./34)’1,15.)657’01)89:;!!<9;"================================================================>?@;!##$文章编号A B$C B D E C$F G!##$H#"D##F C D#E有限元法分析边坡稳定及工程实例李志宏I党发宁G西安理工大学I西安C B##E F H摘要A用有限元法分析边坡稳定性I能够对坡体内的应力分布J应变及变形分布J塑性区分布等规律较为准确的量化表征I还可以得出滑动面的大致位置和安全系数K本文对强度折减法的失稳判据进行评价I得出以弹塑性解是否收敛为标准更有说服力K对某水库近坝库岸边坡进行分析I并将其与传统方法所得的边坡安全系数相比I证实其工程应用的可靠性I能够在实际工程中加以应用K关键词A边坡稳定L弹塑性有限元L安全系数L强度折减中图分类号A M N E"!文献标识码A OP引言研究边坡稳定性的传统方法主要有A极限平衡法J极限分析法和滑移线场法等K这些边坡稳定分析方法都需要假定滑裂面的形状和位置I并且无法考虑坡体内部的应力应变关系I无法得到坡体的变形I也就无法分析真实的边坡失稳全过程I 使得其与真实的滑裂面存在一定的差异K用有限元法分析边坡稳定可以模拟岩土体的弹塑性变形I能够对坡体内的应力分布J应变及变形分布J塑性区分布等规律较为准确的量化表征I 还可以得出滑动面的大致位置和安全系数K用强度折减法分析边坡稳定I不必对滑裂面的形状和位置做出假定I破坏会自然地发生在土的抗剪强度不能抵抗剪应力的地带I使分析研究成果的理论基础更加严密Q B R K利用强度折减法分析边坡稳定性I能够揭示出边坡可能受损或破坏的部位J应力及应变的分布和大小I具有极限平衡法不可达到的优点K S有限元强度折减法基本原理及失稳判据B%C T年I U V?W X V?Y V Z[等在土工弹塑性有限元数值分析中首次提出了抗剪强度折减系数的概念I抗剪强度折减定义为A在外荷载保持不变的情况下I边坡内土体所发挥的最大抗剪强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比K当假定边坡内所有土体抗剪强度的发挥程度相同时I这种抗剪强度折减系数定义为边坡的整体稳定安全系数K强度折减法分析边坡稳定其失稳判据通常采用某个部位的位移Q!R J有限元迭代求解过程的不收敛Q"R J广义剪应变Q E R J等效塑性应变Q T R等作为评判指标K文献Q E R将超过某一幅值的广义剪应变区从坡脚到坡顶贯通作为失稳准则I忽略了广义剪应变中的弹性分量I因而是不够合理和准确的K塑性区贯通若边坡没有发生很大的且无限发展的塑性变形和位移I边坡仍然处于稳定状态K文献Q$R收稿日期A!##T D B!D!%作者简介A李志宏G B%F#D H I男I山西阳高人I西安理工大学在读硕士研究生L党发宁G B%$!D H I男I陕西富平人I教授I 博士生导师I主要从事岩土工程值仿真分析面的研究K用超过某一幅值的等效塑性应变区从坡脚到坡顶是否贯通来判断边坡是否稳定!其中界限值的确定也具有一定的人为因素"事实上!有限元收敛性判断标准虽有一定的人为任意性!但只要模型建立正确!网格划分形状规则!收敛准则对安全系数的影响很小!是可以忽略不计的"在塑性区贯通的前提下!若有限元迭代求解不收敛!则说明滑裂面上土体产生无限大位移!边坡失稳破坏"从计算结果来看!对于选定的屈服条件!几种判据所得的结果差异并不很大#$%!但以有限元迭代求解过程的不收敛性为判据!标准更明确!因而更有说服力" &’(破坏条件对于理想弹塑性的岩土体来说!屈服条件与破坏条件是一致的"岩土体力学中!破坏条件有多种!这里采用广义米赛斯条件!形式如下)*+,-./0123,4式中+,55应力张量的第一不变量和6.055应力偏张量的第二不变量"6*7255与土性参数879相关的常数"在平面应变状态下!:;<=>?;@A;B C?;导出*1D E F9/G G-D E F0/921/G=H D9G-D E F0/9304即为:;<=>?;@A;B C?;条件"它在平面中是通过莫尔@库仑不等角度六边形的外接圆"郑颖人7徐干成等提出了一种与莫尔@库仑条件等面积圆的屈服条件!依据偏平面上等效圆的面积与莫尔@库仑条件的面积相等!得到*1/0G D E F9/0GI3J K D E F0/943G421/L G8=H D9/0G I3J K D E F0/943M4文献#$%还提出了与莫尔库仑准则精确匹配的:@A准则!其中*1D E F9 G218=H D93N4&’&强度折减基本原理与分析法假设边坡内滑裂面上某一点的应力状态为已知!根OH P;@Q H<R H S T准则!若此时土体没有发生剪切破坏!土体中的实际剪应力与实际中得以发挥的抗剪强度相同!即)U1U VW18X-Y X Z[B F9W18\-Y X Z[B F9\3L4由此可知实际中得以发挥的抗剪强度相当于折减后抗剪强度的指标"折减后的抗剪强度指标分别为)8\18W9\1B;=[B F3[B F9]W43$4计算方法为)首先取折减系数W!计算出折减强度值8\和9\!采用岩土体的:;<=>?;@A;B C?;屈服准则进行弹塑性有限元计算!根据计算是否收敛判断边坡是否稳定"若处于稳定状态!则继续增大折减系数W!反复计算!直至满足以上条件边坡处于临界破坏状态为止!认为此临界状态的W 值即为边坡稳定安全系数"^算例分析某均质土坡!坡高_10‘S!坡角分别为G‘a!G N a!M‘a!M N a!N‘a均质土坡"变性模量b10‘OA B!泊松比c1‘’G!土体天然容重d1,J’N >e]S G!粘聚力810N’‘>A B!内摩擦角910‘a"计算模型如图,所示"图,边坡有限元计算模型边界条件为左右两侧为水平约束!下部f7g 方向约束!上部为自由边界"按平面应变问题计算"计算中!力和位移的收敛标准系数均取为‘’‘‘‘‘,!最大迭代系数取为,‘‘‘次"求解器选用稀疏矩阵求解器3h i B;D?OB[;E j:E;?=[ h H R k?;4!选用全牛顿@拉普森迭代法3l<R R e?m@ [H F@n B i P D H F4#o%"用有限元强度折减法得出各坡度下!边坡的安全系如表,所示"表中l p O 3:A,4为莫尔@库仑外接圆屈服准则!l p O3:A04为莫尔@库仑等面积圆屈服准则!l p O3:A G4为oo西北水力发电第00卷表!用不同方法求得的边坡稳定安全系数方法坡角"#$%#&%’$%’&%&$% ()*+,-!.!/01!/&2!/’1!/#!!/!2()*+,-3.!/’’!/32!/3$!/$4$/20()*+,-#.!/#0!/3#!/!’!/$$$/23567897:法!/#42!/33’!/!3’!/$!’$/2##;<=>?6法!/#0#!/330!/!30!/$!0$/2#’@:A<8B:C!/32&!/!44!/$4#$/21#$/2$0图3临界状态下水平方向位移云图+"D#$%.图#临界状态下网格变形图+"D#$%.图’临界状态下的等效塑性应变云图+"D#$%.匹配,E-准则F图3G图’分别为时"D#$%时H 临界状态下水平方向位移图I变形图及等效塑性应变云图F根表!所得结果H567897:法I;<=>?6法与()*+,-#.所得的安全系较接近H()*+,-!.与()*+,-3.法和极限平衡法所得的安全系相差较大F所以本文建议采用有限元强度折减法中匹配,E-准则求取安全系F J工程应用金汤河金平坝址区近坝库岸H坡高约!’$K H 坡角约3$%F边坡普遍见坡积物覆盖H厚3$G#$KH最厚达&&K H下层为完整度较好的块状玄武岩F由于存在水的作用H建模时水位以下岩体及松散体均采用浮容重和有效强度参数+有效粘聚力I有效内摩擦角.H水位以上岩体及松散体均采用天然容重和天然状况下的强度参数F计算中忽略了水的渗透作用F按平面应变问题进行计算H边界条件为左右两侧水平约束H底部LH M方向约束H上部边界为自由边界F材料参数为N玄武岩N变形模量O D!$P-B H泊松比QD$/3’H粘聚力RD3/! *-B H内摩擦角S D&$%H天然容重TD32U V WK#H浮容重T X D!2/!U V W K#Y第四系松散体N变形模量OD34*-B H泊松比QD$/3#H粘聚力RD#$U-B H内摩擦角S D#$%H有效粘聚力RX D3$U-B H有效内摩擦角S D31%H天然容重TD!2/&U V W K#H浮容重T X D!$/$U V W K#Y采用非关联流动法则H取剪胀角Z D$F计算模型如图&所示H图4为临界破坏状态下H水平方向位移等值线图H可见H边坡已经产生很大的变形H经过计算H安全系数分别为N采用外接圆,-屈服准则H[$D!/0#Y采用莫尔库仑等面积,-圆屈服准则H[!D!/##Y采用匹配,-圆屈服准则H[3D!/3’F同时H采用传统的极限平衡法求取该坡体的安全系数H如图0所示F求得安全系数为!/3!3F可以看出有限元强度折减法中匹配,-准则与极限平衡法得出的安全系数十分接近H可以用于工程计算F图&边坡的有限元计算模型21第#期李志宏H等有限元法分析边坡稳定及工程实例图!临界状态下水平方向位移变等值线图"#$图%用极限平衡法求边坡安全系数&结论用弹塑性有限元方法分析边坡稳定’不必对滑裂面的形状和位置做出假定’破坏会自然地发生在土的抗剪强度不能抵抗剪应力的地带’并且可用于复杂的边界条件’使分析研究成果的理论基础更加严密(不仅可以考虑了岩土体的静力平衡条件’而且考虑了岩土体的应力应变关系(经过分析认为’用有限元迭代解的收敛性作为边坡稳定的判据更具有说服力’判断准则更加明确(通过对金平近坝库岸边坡的稳定性分析’证明用有限元强度折减法分析边坡稳定’使用有限元解的收敛性作为评判边坡是否稳定的标准是可行的’能够用于工程应用(参考文献)*+,陈祖煜-土质边坡稳定分析..原理-方法-程序*/,-中国水利水电出版社’0112-*0,宋二祥-土工结构安全系数的有限元计算*3,-岩土工程学报’+44%’+4"0$)+5%-*2,赵尚毅’郑颖人’等-用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数*3,-岩土工程学报’0110’06"2$)262526!-*6,连镇营’韩国城’等-强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性*3,-岩土工程学报’011+’02"6$)61%5614-*7,栾茂田’武亚军’等-强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用*3,-防灾减灾工程学报’0112’02"2$)+58-*!,刘祚秋’周翠英’等-边坡稳定及加固分析的有限元强度折减法*3,-岩土力学’0117’0!"6$)77857!+-*%,张鲁渝’时卫民’等-平面应变条件下土坡稳定有限元分析*3,-岩土工程学报’0110’06"6$)68%5641-*8,赵尚颖’郑颖人’等-极限分析有限元法讲座..9有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨*3,-岩土力学’0117’0!"0$)220522!-:;<=>?@A B C B D E F @D G <F H ?I C @C H A JC H ;H ;<K<H ;D L D E M N K ?>LN >O C ><<P C >O N Q ?R G @<S T U V W 5V X Y Z ’[\]^_‘5Y W Y Z"a W b ‘YcY W d e f g W h iX j k e l V Y X m X Z i ’n V ‘‘o W a W b ‘Y %+1168’p V W Y ‘$=I B H P ?q H )k V f X r Z V h V ef e g r m h gj f X #h V e_s /j X fg m X t eg h ‘u W m W h i‘Y ‘m i g W g ’h V ev W g h f W u r h W Y Zf r m eX jg h f e g g ’g h f ‘W Y‘Y vv e j X f #‘h W X Y ’t m ‘g h W l w X Y e W Yh V e g m X t e l ‘Yu e x r ‘Y h W j W e v ’‘m g X h V e ‘t t f X o W #‘h e t X g W 5h W X YX j Z m W v W Y Z g r f j ‘l e ‘Y v g ‘j e h ij ‘l h X f l ‘Y u e Z ‘W Y e v -T Yh V W g t ‘t e f h V e l f W h e f W ‘X j e d ‘m r ‘h W Y Zg m X t e g h ‘5u W m W h iu ‘g e vX Yg h f e Y Z h Vf e v r l h W X Y_s /‘f ee d ‘m r ‘h e v -k V el X Y l m r g W X YW g h V ‘h h V el f W h e f W X Yu ‘g e vX Yh V e l X Y d e f Z e Y l e X j g X m r h W X YW g #X f e f e ‘g X Y ‘u m e -k V eu ‘Y yg m X t e g h ‘u W m W h i X j X Y e f e g e f d X W f W g ‘Y ‘m i w e v -p X #t ‘f e vz W h Vh V eg ‘j e h ij ‘l h X f X Yh f ‘v W h W X Y ‘m #e h V X v ’h V ef e m W ‘u W m W h iX j g h f e Y Z h Vf e v r l h W X Y_s /W gl X Y j X f #e v‘Y vl ‘Yu e ‘t t m W e vh Xt f ‘l h W l e e Y Z W Y e e f W Y Z-{<A |D P L B )g m X t e g h ‘u W m W h i }e m ‘g h W l W h i‘Y vt m ‘g h W l W h i_s /}g ‘j e h ij ‘l h X f }g h f e Y Z h Vf e v r l h W X Y14西北水力发电第00卷。
第4章ANSYS边坡工程应用实例分析本章重点边坡工程概述ANSYS 边坡稳定性分析步骤ANSYS边坡稳定性实例分析本章典型效果图边坡工程概述边坡工程边坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称。
坡面与坡顶面下部至坡脚高程的岩体称为坡体。
倾斜的地面称为斜坡，铁路、公路建筑施工中，所形成的路堤斜坡称为路堤边坡；开挖路堑所形成的斜坡称为路堑边坡；水利、市政或露天煤矿等工程开挖施工所形成的斜坡也称为边坡；这些对应工程就称为边坡工程对边坡工程进行地质分类时，考虑了下述各点。
首先，按其物质组成，即按组成边坡的地层和岩性，可以分为岩质边坡和土质边坡（后者包括黄土边坡、砂土边坡、土石混合边坡）。
地层和岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素之一，也是研究区域性边坡稳定问题的主要依据. 其次，再按边坡的结构状况进行分类。
因为在岩性相同的条件下，坡体结构是决定边坡稳定状况的主要因素，它直接关系到边坡稳定性的评价和处理方法。
最后，如果边坡已经变形，再按其主要变形形式进行划分。
即边坡类属的称谓顺序是: 岩性—结构—变形。
边坡工程对国民经济建设有重要的影响：在铁路、公路与水利建设中，边坡修建是不可避免的，边坡的稳定性严重影响到铁路、公路与水利工程的施工安全、运营安全以及建设成本。
在路堤施工中，在路堤高度一定条件下，坡角越大，路基所占面积就越小，反之越大。
在山区，坡角越大，则路堤所需填方量越少。
因此，很有必要对边坡稳定性进行分析，边坡变形破坏基本原理应力分布状态边坡从其形成开始，就处于各种应力作用(自重应力、构造应力、热应力等) 之下。
在边坡的发展变化过程中，由于边坡形态和结构的不断改变以及自然和人为营力的作用，边坡的应力状态也随之调整改变。
根据资料及有限元法计算，应力主要发生以下变化：(1) 岩体中的主应力迹线发生明显偏转，边坡坡面附近最大主应力方向和坡而平行，而最小主应力方向则与坡面近于垂直，并开始出现水平方向的剪应力，其总趋势是由内向外增多，愈近坡脚愈高，向坡内逐渐恢复到原始应力状态。
深基坑边坡喷锚支护（工程实例）喷锚网支护是靠锚杆、钢筋网和混凝上层共同工作来提高边坡土的结构强度和抗变形刚度，减小土体侧向变形，增强边坡的整体稳定性。
在开挖形成的坑壁中，设置一定长度和密度的锚杆体，锚杆体与喷射混凝土层结构形成柔性支挡体系。
挡土体系与坑壁原位土体牢固的结合在一起共同工作，形成在机理上属于主动制约机制的支护类型。
1、总述：1.1 概述喷锚网支护是靠锚杆、钢筋网和混凝上层共同工作来提高边坡土的结构强度和抗变形刚度，减小土体侧向变形，增强边坡的整体稳定性。
如：成都市沙河污水处理厂工程，位于成都市跳蹬河北路，与四川制药厂，成都市火电厂相邻。
由于该工程处于城区，施工场地狭窄，其中提升泵房基坑开挖深度深达13.4 米，必须采用有效的支护措施以稳定基坑壁，确保基坑施工的安全, 根据场地地质资料、基坑开挖深度、场地周围环境条件以及工期的要求，决定采用喷锚支护的方案。
1.2 工程地质情况施工区域属岷江水系Ⅰ级阶地，地形平坦，根据四川省地质勘察院提供的《成都市沙河污水处理厂岩土工程勘查报告》，场地的地层自上而下主要为：⑴杂填土：结构性差，质地疏松，层厚约0.80～3.20m；⑵粘土：可塑～硬塑，层厚约0.30～6.20m；⑶粉土：稍密，层厚约0.50～3.20m；⑷卵石：松散～稍密、密实，顶埋深在494.09～492.06m。
拟建场地地下水为孔隙潜水，第四纪卵石层为主要含水层，河水及大气降水为主要补给源，勘察期间测得该场地地下水静止水位埋深为5.10～7.00m。
本场地内地下水渗透系数采用k＝20m/d。
2、喷锚支护方案设计2.1 设计依据本工程依据以下文件和工程经验进行设计①《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GBJ86－85）②《土层锚杆设计与施工规范》（CECS 22-90）③《成都市沙河污水处理厂岩土工程勘察报告》（四川省地质工程勘察院）2.2 喷锚支护的可行性喷锚支护是以新奥法为理论基础。
在开挖形成的坑壁中，设置一定长度和密度的锚杆体，锚杆体与喷射混凝土层结构形成柔性支挡体系。
