正在加载图片...
第5期 金爱兵等：坡角对坡间挡土墙稳定性影响的数值模拟分析 .479 路面 17.5 挡土墙基础回填土 由 2.57.512.517.522.527.532.5 图1坡间挡土墙示意图 B/m Fig.I Sketch map of retaining wall on the slope 图2数值模拟模型 Fig.2 Numerical simulation model 2坡角对坡间挡土墙变形及破坏性态的影 响数值模拟 挡土墙填土与原始坡体接触面按图3所示的结 构面处理，用弹簧元件模拟结构面在法向和切向的 2.1计算模型及材料参数 变形，km、k。是相应的变形刚度参数；用摩擦块模拟 根据205国道某坡间挡土墙的工程实际，利用 结构面的剪切特性，法向抗拉元件体现结构面的抗 FLAC2D[5-6]建立了分析模型（如图2），为保证计算 拉特性，模拟计算采用的结构面力学参数：k= 的准确性，模型中每一个计算网格所代表的实际尺 1000kPa,k.=400MPa,结构面摩擦角9=15°，粘 寸为0.25m.模型中的边界条件，采用了动载分析 聚力c=0.01MPa,抗拉强度o=0.1kPa8].挡土 中的粘弹性边界，各种不同承载体之间的接触面采 墙和原始坡体力学参数见表1. 用计算软件中的Interface模式[]，其中接触面处的 结构面A面 法向应力和切向应力以及极限破裂函数可以用下式 模型结点 表示： Ftat=F-kn△u+W②tL 结构面 F+at=F-k.△+/②a4L 模型网格 B面 F,ma=cL十tan PF S一摩擦块：T一抗拉强度：k。一法向刚度：k,一切向刚度：Lx一与 式中，kn、k,分别表示接触面的法向刚度和切向刚 节点N相关的接触面长度，其他点类似 度，L是接触面的有效长度，c、P是沿接触面长度 图3结构面力学模型的元件构成 的内聚力和内摩擦角，F。、F,分别为法向应力和切 Fig.3 Mechanic elements of the structure side 向应力，△um、△u,分别为法向和切向位移增量 表1模拟计算采用的力学参数 Table 1 Mechanic parameters used in simulation 岩土与路基 平均容重， 变形模量， 泊松比， 粘聚力， 内摩擦角， 抗拉强度， 本构模型 材料名称 Y/(kN.m-3) E/MPa c/MPa /() c/MPa 路面材料 25.0 28000 0.24 1.500 38 0.5000 弹性体 路基碎石土 20.0 1400 0.30 0.150 32 0.0500 Mohr Coul 填土层 18.0 40 0.35 0.050 24 0.0100 Mohr Coul 表层杂土 20.0 150 0.30 0.025 18 0.0025 Mohr Coul 花岗片麻岩 26.5 9000 0.24 1.140 38 0.0500 Mohr Coul 挡土培材料 24.0 28000 0.21 弹性体 2.2载荷特性曲线 度为40kN·m,动载系数K为1.5，动载频率 挡土墙除自重外，主要承受的外力是路面行车 60z(如图4)，动载在单位剖面上的作用时间为 荷载.对于公路载荷，按路面一侧有2辆30t载重 0.13s 车并行同时作用在计算剖面上考虑[90]，载荷的集图1 坡间挡土墙示意图 Fig．1 Sketch map of retaining wall on the slope 2 坡角对坡间挡土墙变形及破坏性态的影 响数值模拟 2∙1 计算模型及材料参数 根据205国道某坡间挡土墙的工程实际利用 FLAC2D ［5—6］建立了分析模型（如图2）．为保证计算 的准确性模型中每一个计算网格所代表的实际尺 寸为0∙25m．模型中的边界条件采用了动载分析 中的粘弹性边界各种不同承载体之间的接触面采 用计算软件中的 Interface 模式［7］其中接触面处的 法向应力和切向应力以及极限破裂函数可以用下式 表示： F t＋Δt n ＝F t n—knΔu t＋（1／2）Δt n L F t＋Δt s ＝F t s—ksΔu t＋（1／2）Δt s L Fsmax＝cL＋tanφFn （1） 式中kn、ks 分别表示接触面的法向刚度和切向刚 度L 是接触面的有效长度c、φ是沿接触面长度 的内聚力和内摩擦角Fn、Fs 分别为法向应力和切 向应力Δun、Δus 分别为法向和切向位移增量． 图2 数值模拟模型 Fig．2 Numerical simulation model 挡土墙填土与原始坡体接触面按图3所示的结 构面处理．用弹簧元件模拟结构面在法向和切向的 变形kn、ks 是相应的变形刚度参数；用摩擦块模拟 结构面的剪切特性法向抗拉元件体现结构面的抗 拉特性．模拟计算采用的结构面力学参数：kn ＝ 1000kPaks＝400MPa结构面摩擦角 φ＝15°粘 聚力 c＝0∙01MPa抗拉强度 σT＝0∙1kPa ［8］．挡土 墙和原始坡体力学参数见表1． S—摩擦块；T—抗拉强度；kn—法向刚度；ks—切向刚度；L N—与 节点 N 相关的接触面长度其他点类似 图3 结构面力学模型的元件构成 Fig．3 Mechanic elements of the structure side 表1 模拟计算采用的力学参数 Table1 Mechanic parameters used in simulation 岩土与路基 材料名称 平均容重 γ／（kN·m —3） 变形模量 E／MPa 泊松比 μ 粘聚力 c／MPa 内摩擦角 ●／（°） 抗拉强度 σT／MPa 本构模型 路面材料 25∙0 28000 0∙24 1∙500 38 0∙5000 弹性体 路基碎石土 20∙0 1400 0∙30 0∙150 32 0∙0500 Mohr—Coul 填土层 18∙0 40 0∙35 0∙050 24 0∙0100 Mohr—Coul 表层杂土 20∙0 150 0∙30 0∙025 18 0∙0025 Mohr—Coul 花岗片麻岩 26∙5 9000 0∙24 1∙140 38 0∙0500 Mohr—Coul 挡土墙材料 24∙0 28000 0∙21 — — — 弹性体 2∙2 载荷特性曲线 挡土墙除自重外主要承受的外力是路面行车 荷载．对于公路载荷按路面一侧有2辆30t 载重 车并行同时作用在计算剖面上考虑［9—10］载荷的集 度为40kN·m —1动载系数 K 为1∙5动载频率 60Hz（如图4）动载在单位剖面上的作用时间为 0∙13s． 第5期 金爱兵等： 坡角对坡间挡土墙稳定性影响的数值模拟分析 ·479·