煤系地层高切坡稳定性评价.doc

文档介绍：煤系地层高切坡稳定性评价
摘要:在山区修建公路不可避免地需要进行高切深挖,往往会形成大量的高切坡,边坡岩体原有应力平衡被打破,为高切坡的失稳创造了地质条件。本文以湖北沪蓉西高速公路(宜昌―恩施段)K199+520~K199+58199+550剖面高切坡赤平投影图


由图2可知:岩层产状较缓,反倾,对高切坡稳定性影响小,若按1:,裂隙倾角陡于坡脚,对高切坡的稳定性影响小;LX2和LX3裂隙切割成楔型体,交线产状为:14o∠63o,与高切坡呈小角度相交,若按1:,可能发生楔型滑动。

由图3可知,岩层产状较缓,反倾,对高切坡稳定性影响较小,LX1裂隙与高切坡呈小角度相交为顺层结构面,但裂隙倾角较陡,若按1:,裂隙倾角陡于坡角,对高切坡的稳定性影响小;LX2和LX4可能在高切坡上形成楔型体。
用有限元ANSYS 分析高切坡稳定性
有限单元法(FEM)是岩质高切坡稳定性的数值分析计算法中使用较为广泛的一种,不论是理论基础,还是实践应用和经验都比较成熟。因此,采用有限元法(FEM)对K199+520~K199+580段反倾岩质高切坡稳定性进行计算分析是适宜的。本文利用美国大型有限元计算软件ANSYS来进行分析。
计算模型
本次计算是以此段高切坡典型剖面K199+570为例,根据钻探资料可知,岩层从表及里分别为:细砂岩()、煤层()、细砂岩()、粉砂质泥岩()、细砂岩()、煤层()、细砂岩()、粉质泥岩()、细砂岩()碳质角砾岩(±m)(图1)。计算模型与实际比例为1:1,其计算模型见图4,x方向(垂直与道路中心线),y向(垂直于公路),总节点数为2762个,四边形单元数为2596个。

图4K199+570剖面计算模型

本文计算所采用的是理想弹塑性模型,ANSYS程序中是采用广义Mises屈服准则,即我们通常所说的Drucker-Prager准则[10],计算时模型底部为全部约束,左右为法向约束。所用岩体力学参数均来自《勘察报告》[5]的建议值和工程类比值(表1)。


表1 数值模拟岩体物理力学参数
岩体 (kg/m3)
(MPa)

(kPa)

岩体特征
残坡积碎石土 2100 200 25 20 土黄色,松散~稍密状
细砂岩 2540 5000 860 41 黄褐色,岩体较破碎
煤层 2200 200 20 17 黑色,呈薄夹层、透镜体状
粉砂质泥岩 2300 1500 150 27 青灰色,粉砂、碎石状





碳质角砾岩 2400 2000 200 28 黑色,呈粉砂状


利用ANSYS软件中的杀死单元法,根据施