某竖井开挖对铁路路基边坡稳定性影响数值分析

第２６卷第３期　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２６＾ｒ０．３　２０１０年２月　Ｆｅｂ．　２０１０　某竖井开挖对铁路路基边坡稳定性影响数值分析　宋宝奇　，徐勐　（１．中铁一局集团公司，陕西西安７１００５４；２．商丘市豫东公路勘察设计有限公司，河南商丘４７６０００）　摘要：本文通过数值模拟分析了某竖井开挖对既有铁路路基边坡稳定性的影响，数值分析结果表明，竖井施工对　铁路路基边坡稳定性及路基沉降影响不大，边坡支护采取的措施是有效的，支护结构参数选择是合理的，边坡在竖　井施工过程中是安全的。　关键词：竖井；边坡稳定性；数值分析　中图分类号：ＴＵ４１３．６２　铁路运行安全是影响人民生命财产安全的首要　２．１计算方法　大事，但由于一些不可避免的因素，一些新的建筑物　目前边坡稳定性分析中常用的有限元方法有圆　或构筑物往往与既有铁路路基很接近，它们的施工　弧搜索法和强度折减法等…。强度折减法是在有　建设对既有铁路的安全运行造成潜在影响，如何评　限元计算中通过不断折减土体强度参数，当计算不　价这些建筑物在施工过程中和施工后对铁路路基的　收敛时的折减系数即认为是边坡稳定安全系数。强　影响是一个值得探讨的新问题。结合实际工程，用　度折减法的一个主要特征是不需要事先假定滑裂　有限元的方法对某水电站竖井开挖对既有铁路路基　面…，就此分析采用的是强度折减法。　边坡的影响进行了数值模拟分析，根据分析结果，确　为了评价边坡的稳定性，应用强度折减法分了　定了合理的边坡坡度和支护结构参数。分析结果对　三种情况分析了边坡安全系数和剪切破坏面。根据　类似工程有一定的参考价值。　实际的地形情况，竖井和路基的关系，建立二维有限　１　工程概况　元计算模型。分别分析了原始边坡的稳定性，边坡　支护施工之后边坡的稳定性，竖井开挖过程中边坡　某水电站的地下厂房修建在铁路附近，水电站　的出线竖井离既有铁路路基边坡很近，出线竖井出　稳定性和竖井开挖对铁路路基沉降的影响。设计中　口位于路基边坡坡底，竖井的开挖将侵入路基边坡　边坡采用锚杆支护，为了评价锚杆支护的有效性，分　坡脚。由于路基原边坡上覆土层为人工回填碎石　析了锚杆支护后边坡的稳定性和锚杆支护后竖井开　土，基岩主要为砂质板岩夹杂泥岩，考虑到竖井施工　挖之后边坡的稳定性。　过程会破坏围岩的初始地应力场，施工可能影响边　２．２计算模型　坡的稳定性。为了确保边坡在施工中和施工后的稳　根据工程特点，为了简化计算，采用平面应变模　定性，施工之前必须对边坡进行有效支护，但边坡的　型。为了减小边界条件对计算结果的影响，模型宽　坡度和支护的方式以及支护结构的参数对保证边坡　度方向取竖井直径的３倍，高度方向从地面向下取　的稳定性很重要，开挖后边坡的坡度和锚杆的长度　３０ｍ，建立如图ｌ所示的计算模型。为了评价支护　以及锚杆的角度对边坡的稳定性有也很大影响。因　此，边坡的坡度及支护结构的参数的选择对支护效　果很重要，为了选取合理的边坡坡度和有效的支护　参数，既能保证路基边坡的稳定性，又能保证竖井施　工过程及使用期间的安全性，有必要事先对其进行　数值模拟。根据数值计算结果结合工程经验来评价　支护措施的安全性和有效性，为实际的边坡支护参　数选择提供科学依据。　图１有限元计算模型　２计算方法和计算模型　结构的效果和模拟施工过程对边坡的稳定性影响。　根据围岩特征，计算时假定岩体遵循理想弹塑性本　６２　甘肃科技　第２６卷　构关系和Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服准则　。岩体初始应　护过程中围岩的应力释放，在每一开挖步围岩开挖　力场仅考虑其自重应力，自重应力由程序计算，忽略　荷载释放系数按以下比例取值：围岩开挖：锚杆支　护：喷混凝土：Ｏ．５：０．３：０．２　。计算中采用的材料　物理力学参数，见表１。　构造应力，围岩采用平面应变模型，锚杆用植入式桁　架模拟，混凝土衬砌用梁单元模。为了模拟施工支　表１　材料的物理力学参数　３结果分析　３．１　自然边坡稳定性分析　由分析结果可见，原始边坡的剪切破坏面塑性　区均较大，如图２、３所示，边坡失稳时的路基顶面的　水平位移为１　ｍｍ，如图４所示，和竖向位移为　６１・ｎｍ，如图５所示均较小。边坡稳定安全系数为　Ｉ．０１２５。　图２　自然边坡剪切破环面　。　图３　自然边坡破坏塑性区　一　图４水平方向位移等值线　图８　锚杆支护后边坡失稳时水平向位移等值线