路基开挖回填过程中的稳定性分析(附件)
在建设山区高速公路前要对山体边坡进行开挖，在边坡开挖过程中边坡容易发生失稳。本文建立了边坡的模型，对模型进行参数赋值和边界条件的限制，并且拟定了两种开挖方式。然后利用FLAC3D软件进行数值模拟计算分析，得到剪应变增量云图、边坡水平位移云图、边坡竖向位移云图和安全系数等结果，从而通过这些云图的数值结果来分析边坡的稳定性和失稳状况，并且将两种开挖方式的结果进行分析比较，讨论和研究出边坡的开挖方式、以及开挖过程中对边坡某些位置进行及时加固支护的重要性。关键词 边坡，稳定性分析，FLAC3D，数值模拟，分级开挖目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 边坡稳定性的研究现状 2
1.3 极限平衡法 4
1.4 强度折减法 6
1.5 两种方法总结 7
2 FLAC程序简介 8
2.1 有限差分法概述 8
2.2 FLAC基本原理 10
2.3 计算流程 11
3 路基边坡开挖过程稳定性分析 12
3.1 模型建立 12
3.2 研究路线 14
3.3 材料参数和边界条件 14
3.4 开挖方案 15
3.5 原始状态下应力应变分析 15
3.6 工况一开挖结果分析 19
3.7 工况二开挖结果分析 28
结论 37
致谢 38
参考文献 39 1 绪论
1.1 研究背景
随着经济迅速发展，我国交通基础设施建设力度的加大，国家大规模兴建高速公路，尤其是西部大开发战略的实施，山区高等级公路的建设已经成为我国近期高速公路建设的重要内容。改革开放以后，我国高速公路建设飞速发展，高质量高标准高等级的公路数量明显增多，但西部地区及山区地区，由于受到地理、经济和文化各方面条件的影响，西部地区及山区地区的交通设施相对落后，是制约西部发展的重要因素，所以国家加快对西部道路建设的步伐。和西方发达国家相比，我国高速公路建设远远落后那些欧美国家，改革开放之后，人们的思想观念得到了升华，随之，我国的高速公路建设进入全新的阶段。到
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公路建设的重要内容。改革开放以后，我国高速公路建设飞速发展，高质量高标准高等级的公路数量明显增多，但西部地区及山区地区，由于受到地理、经济和文化各方面条件的影响，西部地区及山区地区的交通设施相对落后，是制约西部发展的重要因素，所以国家加快对西部道路建设的步伐。和西方发达国家相比，我国高速公路建设远远落后那些欧美国家，改革开放之后，人们的思想观念得到了升华，随之，我国的高速公路建设进入全新的阶段。到目前为止，高速公路已经成为我国交通事业的主干，成为我国经济发展、军事运输建设以及各地区文化交流的生命线。
我国基础建设事业的迅猛发展以及西部大开发的顺利进展，大量高等级公路日益增多，但是随着逐步向山区延伸，横跨不同的地质地貌单元，由于地形地质条件异常复杂，地形变化大，地质构造复杂，因此，在这些地区进行的公路工程建设，不可避免的需要开挖岩土体，从而经常出现大量的高填路堤和深挖路垫，公路路基因为边坡失稳而造成的重大经济损失，将严重影响高速公路的经济效益。同时，对于修建公路开挖形成的边坡，必须给予合理的施工措施和防护设计，这样才能保证边坡的足够稳定性。修筑高等级公路所形成的由填方构筑的路堤边坡和由挖方构筑的路堑边坡，造成了岩土体原有的地质环境的不平衡性，在工程因素和环境因素的影响下，容易引起滑坡等地质灾害的发生，毁坏路基以及桥梁涵洞，造成交通的中断，从而诱发交通事故，引起人员伤亡，其中对公路交通基础设施的危害非常大[1]。
路基边坡是一个非常复杂的结构，也是一个开放的系统，其中的参数具有不稳定性和随机性。路基边坡的不稳定性因素中有很多方面，其中主要因素包括坡形坡率、地质构造、地层岩性、地形地貌、地下水发育、施工，强降雨等，路基边坡的失稳，不仅会影响施工进度质量，而且会造成造成人身事故和国民经济损失。所以，保证边坡的稳定，预防边坡的失稳，是当下必须考虑的重要问题。边坡工程研究的根本性问题是边坡稳定性预测的研究，也是边坡研究非常难和非常迫切的课题之一，因为这个问题是边坡是否失稳，边坡是否需要加固的重要依据。但是因为边坡组成岩体力学性质、地质条件、环境因素等具有模糊性、不确定性等特点，要想准确地预测边坡稳定性程度是很困难的。
在山区进行工程建设，工程的地理位置可选性比较小，想要避开地质灾害多发区的可能性几乎为零，地质灾害各种各样而且数量巨大，将直接影响工程选址、勘察、设计、施工和运营等环节。其中公路交通的地质灾害对居民的生活和当地经济影响较大，只要公路边坡发生失稳破坏，都将有可能导致比较惨重的交通事故，会给人民的生命财产的带来巨大损失。据不完全统计[2]，我国频繁发生工程边坡失稳的原因有：
主要部门长期以来对边坡的重要性没有根本性的认识，认为其不是工程建设的重要部分，事前没有花费足够的时间和费用对工程边坡进行考察研究。并且， 工程边坡设计工作大多数是由结构设计人员完成，而且没有对工程地质概况做详细系统的了解，再者工程地质人员对结构设计又不是很专业，由于两者之间出现脱节，从而导致了边坡工程地质的认识不能很好应用到结构设计当中。
因为边坡所处的地理位置条件复杂、工程地质条件呈现多样化，人员对边坡的各方面条件研究具有局限性，而且对岩质边坡这一方面还没形成较综合全面的认识，没有形成一套完善的处理技术方法。
1.2 边坡稳定性的研究现状
工程建筑中边坡是其重要组成部分。我国作为一个多山的国家，工程人员在进行采矿、公路、铁路、桥梁、水利等工程的建设时，将要对部分山体进行开挖，从而会形成一定的边坡。所以边坡稳定性在一切工程建设环节中起到关键作用，只有对边坡进行稳定性分析，然后在稳定性研究的基础上才能进行边坡的施工整治及防护设计，没有经过的稳定性研究，边坡的各项施工治理都是在潜在危险中进行的。科技飞速发展，社会不断进步，人类工程活动显著增加，从而进一步提高了对边坡稳定性研究的认识。
边坡稳定性分析作为经典土力学中一直未解决的课题[3]。有很多种分析边坡稳定性的方法，具体分类如图1：
图1 边坡稳定性分析方法分类
比较常用的方法有三种：
极限平衡理论，通过把对边坡稳定性的影响因素考虑在内，然后利用极限平衡条件来假设滑体沿滑踏面进行滑动。
室内模型试验，在经过勘察和调查的基础上，建立某个滑动体的模型，进行试验并对其地质和物理性质进行分析。
数值模拟分析法，对滑动体进行应力-应变分析得到应力场和位移场，再利用数值计算，最后能清楚直观的模拟了边坡的破坏过程。
三种方法各有个的优缺点，其中常见的分析方法是极限平衡法、极限分析法和有限单元法。极限平衡法是利用假设边坡达到极限平衡的状态，使其到达要滑动的某个点，然后找出其中的滑动面，计算并分析，最后得出最小的安全系数。极限分析法利用模型的应力和应变关系进行计算，计算相对简单，概念比较清晰。有限单元法
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 边坡稳定性的研究现状 2
1.3 极限平衡法 4
1.4 强度折减法 6
1.5 两种方法总结 7
2 FLAC程序简介 8
2.1 有限差分法概述 8
2.2 FLAC基本原理 10
2.3 计算流程 11
3 路基边坡开挖过程稳定性分析 12
3.1 模型建立 12
3.2 研究路线 14
3.3 材料参数和边界条件 14
3.4 开挖方案 15
3.5 原始状态下应力应变分析 15
3.6 工况一开挖结果分析 19
3.7 工况二开挖结果分析 28
结论 37
致谢 38
参考文献 39 1 绪论
1.1 研究背景
随着经济迅速发展，我国交通基础设施建设力度的加大，国家大规模兴建高速公路，尤其是西部大开发战略的实施，山区高等级公路的建设已经成为我国近期高速公路建设的重要内容。改革开放以后，我国高速公路建设飞速发展，高质量高标准高等级的公路数量明显增多，但西部地区及山区地区，由于受到地理、经济和文化各方面条件的影响，西部地区及山区地区的交通设施相对落后，是制约西部发展的重要因素，所以国家加快对西部道路建设的步伐。和西方发达国家相比，我国高速公路建设远远落后那些欧美国家，改革开放之后，人们的思想观念得到了升华，随之，我国的高速公路建设进入全新的阶段。到
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
公路建设的重要内容。改革开放以后，我国高速公路建设飞速发展，高质量高标准高等级的公路数量明显增多，但西部地区及山区地区，由于受到地理、经济和文化各方面条件的影响，西部地区及山区地区的交通设施相对落后，是制约西部发展的重要因素，所以国家加快对西部道路建设的步伐。和西方发达国家相比，我国高速公路建设远远落后那些欧美国家，改革开放之后，人们的思想观念得到了升华，随之，我国的高速公路建设进入全新的阶段。到目前为止，高速公路已经成为我国交通事业的主干，成为我国经济发展、军事运输建设以及各地区文化交流的生命线。
我国基础建设事业的迅猛发展以及西部大开发的顺利进展，大量高等级公路日益增多，但是随着逐步向山区延伸，横跨不同的地质地貌单元，由于地形地质条件异常复杂，地形变化大，地质构造复杂，因此，在这些地区进行的公路工程建设，不可避免的需要开挖岩土体，从而经常出现大量的高填路堤和深挖路垫，公路路基因为边坡失稳而造成的重大经济损失，将严重影响高速公路的经济效益。同时，对于修建公路开挖形成的边坡，必须给予合理的施工措施和防护设计，这样才能保证边坡的足够稳定性。修筑高等级公路所形成的由填方构筑的路堤边坡和由挖方构筑的路堑边坡，造成了岩土体原有的地质环境的不平衡性，在工程因素和环境因素的影响下，容易引起滑坡等地质灾害的发生，毁坏路基以及桥梁涵洞，造成交通的中断，从而诱发交通事故，引起人员伤亡，其中对公路交通基础设施的危害非常大[1]。
路基边坡是一个非常复杂的结构，也是一个开放的系统，其中的参数具有不稳定性和随机性。路基边坡的不稳定性因素中有很多方面，其中主要因素包括坡形坡率、地质构造、地层岩性、地形地貌、地下水发育、施工，强降雨等，路基边坡的失稳，不仅会影响施工进度质量，而且会造成造成人身事故和国民经济损失。所以，保证边坡的稳定，预防边坡的失稳，是当下必须考虑的重要问题。边坡工程研究的根本性问题是边坡稳定性预测的研究，也是边坡研究非常难和非常迫切的课题之一，因为这个问题是边坡是否失稳，边坡是否需要加固的重要依据。但是因为边坡组成岩体力学性质、地质条件、环境因素等具有模糊性、不确定性等特点，要想准确地预测边坡稳定性程度是很困难的。
在山区进行工程建设，工程的地理位置可选性比较小，想要避开地质灾害多发区的可能性几乎为零，地质灾害各种各样而且数量巨大，将直接影响工程选址、勘察、设计、施工和运营等环节。其中公路交通的地质灾害对居民的生活和当地经济影响较大，只要公路边坡发生失稳破坏，都将有可能导致比较惨重的交通事故，会给人民的生命财产的带来巨大损失。据不完全统计[2]，我国频繁发生工程边坡失稳的原因有：
主要部门长期以来对边坡的重要性没有根本性的认识，认为其不是工程建设的重要部分，事前没有花费足够的时间和费用对工程边坡进行考察研究。并且， 工程边坡设计工作大多数是由结构设计人员完成，而且没有对工程地质概况做详细系统的了解，再者工程地质人员对结构设计又不是很专业，由于两者之间出现脱节，从而导致了边坡工程地质的认识不能很好应用到结构设计当中。
因为边坡所处的地理位置条件复杂、工程地质条件呈现多样化，人员对边坡的各方面条件研究具有局限性，而且对岩质边坡这一方面还没形成较综合全面的认识，没有形成一套完善的处理技术方法。
1.2 边坡稳定性的研究现状
工程建筑中边坡是其重要组成部分。我国作为一个多山的国家，工程人员在进行采矿、公路、铁路、桥梁、水利等工程的建设时，将要对部分山体进行开挖，从而会形成一定的边坡。所以边坡稳定性在一切工程建设环节中起到关键作用，只有对边坡进行稳定性分析，然后在稳定性研究的基础上才能进行边坡的施工整治及防护设计，没有经过的稳定性研究，边坡的各项施工治理都是在潜在危险中进行的。科技飞速发展，社会不断进步，人类工程活动显著增加，从而进一步提高了对边坡稳定性研究的认识。
边坡稳定性分析作为经典土力学中一直未解决的课题[3]。有很多种分析边坡稳定性的方法，具体分类如图1：
图1 边坡稳定性分析方法分类
比较常用的方法有三种：
极限平衡理论，通过把对边坡稳定性的影响因素考虑在内，然后利用极限平衡条件来假设滑体沿滑踏面进行滑动。
室内模型试验，在经过勘察和调查的基础上，建立某个滑动体的模型，进行试验并对其地质和物理性质进行分析。
数值模拟分析法，对滑动体进行应力-应变分析得到应力场和位移场，再利用数值计算，最后能清楚直观的模拟了边坡的破坏过程。
三种方法各有个的优缺点，其中常见的分析方法是极限平衡法、极限分析法和有限单元法。极限平衡法是利用假设边坡达到极限平衡的状态，使其到达要滑动的某个点，然后找出其中的滑动面，计算并分析，最后得出最小的安全系数。极限分析法利用模型的应力和应变关系进行计算，计算相对简单，概念比较清晰。有限单元法
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