某大峽谷玻璃橋橋址邊坡穩(wěn)定性分析

金書(shū)濱,胡濤,喬世范

(1．貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008；2.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

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某大峽谷玻璃橋橋址邊坡穩(wěn)定性分析

金書(shū)濱1,胡濤1,喬世范2

(1．貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008；2.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

為確保某大峽谷玻璃橋及配套工程建設(shè)的安全，基于有限元方法對(duì)大峽谷兩側(cè)陡立岸坡及拉錨處進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并對(duì)最初設(shè)計(jì)時(shí)的橋址位置是否適宜建設(shè)該工程進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用三維有限元軟件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖土工程條件，對(duì)玻璃橋橋址邊坡在天然狀態(tài)下和橋梁荷載條件下的位移、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得坡體在玻璃橋荷載作用下塑性區(qū)的分布規(guī)律。研究結(jié)果表明：所計(jì)算橋址的位置在外力作用下處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，建議改變橋址設(shè)計(jì)位置或?qū)Σ涣嫉刭|(zhì)作用發(fā)育區(qū)域的巖體進(jìn)行加固治理，為某大峽谷玻璃橋的進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供參考。

邊坡穩(wěn)定性分析；三維有限元；位移狀態(tài)；應(yīng)力狀態(tài)；數(shù)值模擬

在山區(qū)峽谷地帶修建橋梁時(shí)，修建橋墩的位置不可避免的要位于峽谷兩岸的岸坡上，為了保證橋梁整體的安全性和穩(wěn)定性，需要對(duì)橋基岸坡的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算分析。與一般的邊坡不同，峽谷橋梁橋址邊坡往往坡度較陡，坡高較大，此外當(dāng)岸坡巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜且存在如巖性、水文條件等諸多不確定性因素的影響時(shí)，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析將會(huì)變得非常困難。

目前，對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的分析計(jì)算方法[1-4]有很多，主要有如下2類(lèi)：一是經(jīng)典的基于極限平衡理論的分析方法，二是采用數(shù)值模擬[5-6]方法(包括有限元法、離散元法等)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。

孟慶文等[7]以某高速鐵路高邊坡為例，分別計(jì)算不同施工階段滑面為圓弧面和折線(xiàn)面、坡體無(wú)水和飽和等各種條件下邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)并分析了其影響規(guī)律。張利國(guó)等[8]以某鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋基高邊坡為例，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，對(duì)荷載作用下的高邊坡巖體力學(xué)行為特征和穩(wěn)定性進(jìn)行了三維有限元分析，從安全系數(shù)角度分析了大橋邊坡的整體穩(wěn)定性。彭富強(qiáng)等[9]依托婁新高速K22+200～K22+400段右側(cè)邊坡支護(hù)工程，應(yīng)用有限元對(duì)邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，并與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了有限元分析結(jié)果的可靠性。盧應(yīng)發(fā)等[10]在現(xiàn)行滑坡穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上，建立了推移式滑坡漸進(jìn)破壞穩(wěn)定性分析法，研究了有限元滑坡穩(wěn)定計(jì)算的特點(diǎn)，分析了引起滑坡有限元法計(jì)算不收斂的原因，提出了滑坡有限元計(jì)算的滑面邊界法。上述相關(guān)學(xué)者的研究表明，應(yīng)用有限元法分析計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性是可靠有效的。

本文以某大峽谷玻璃橋橋址邊坡為例，運(yùn)用有限元分析軟件ABAQUS計(jì)算大峽谷兩側(cè)陡立岸坡及拉錨處的穩(wěn)定性，模擬橋址邊坡在天然狀態(tài)下和橋梁荷載條件下的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)，并基于數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)橋址處修建玻璃橋的適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

某大峽谷籌建的玻璃橋，位于湖南省某大峽谷景區(qū)內(nèi)，是世界上最高、跨度最長(zhǎng)的玻璃橋。大橋建在大峽谷兩側(cè)的絕壁峰頂之上，橫跨整個(gè)大峽谷，橋拱距谷底的相對(duì)高度約250 m，橋?qū)? m，橋長(zhǎng)約370 m，橋面全部采用透明玻璃鋪設(shè)，橋中心設(shè)有全球最高蹦極臺(tái)。

1.1 場(chǎng)地位置及地形地貌

該玻璃橋東西兩側(cè)橋墩分別位于湖南省的某大峽谷陡立岸坡兩側(cè)，場(chǎng)地原始地貌單元為巖溶(喀斯特)地貌中的峰林地形，勘察期間，測(cè)得場(chǎng)地各鉆孔孔口標(biāo)高變化于581.38～608.00 m之間。場(chǎng)地內(nèi)主要以垂直巖溶發(fā)育為主，地表出露串狀落水洞，各落水洞之間存在一的聯(lián)系，溶洞及節(jié)理裂隙以垂直發(fā)育為主。

1.2 場(chǎng)地構(gòu)造

根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查結(jié)果，西側(cè)橋墩?qǐng)龅匚髂蟼?cè)巖層局部發(fā)育有揉皺及巖層小錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。其具體情況如圖1所示。

圖1 西側(cè)橋墩?qǐng)龅匚髂蟼?cè)巖層小錯(cuò)動(dòng)照片F(xiàn)ig.1 Figure of west pier site southwest rock rupture

根據(jù)本次工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查結(jié)果，該玻璃橋東西兩側(cè)橋墩?qǐng)龅貎?nèi)微風(fēng)化灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，在微風(fēng)化灰?guī)r露頭節(jié)理裂隙發(fā)育地段進(jìn)行了節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)并繪制了節(jié)理玫瑰花圖，見(jiàn)圖2。根據(jù)節(jié)理玫瑰花圖可見(jiàn)：灰?guī)r產(chǎn)狀為，傾向介于300°～338°，傾角介于12°～35°，傾角由西向東(大峽谷方向)逐漸變緩，場(chǎng)地主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，如圖2所示。第一組節(jié)理裂隙傾向介于150°～180°，傾角介于78°～87°，第二組節(jié)理裂隙傾向介于60°～90°，傾角介于75°～85°，這兩組節(jié)理為X節(jié)理；某大峽谷玻璃橋東側(cè)橋墩?qǐng)龅兀夯規(guī)r產(chǎn)狀為，傾向介于142°～175°，傾角介于10°～36°，傾角由東向西(大峽谷方向)逐漸變緩，場(chǎng)地主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，第一組節(jié)理裂隙傾向介于240°～270°，傾角介于79°～86°，第二組節(jié)理裂隙傾向介于320°～350°，傾角介于75°～85°，這兩組節(jié)理為X節(jié)理。

圖2 東側(cè)橋墩?qǐng)龅毓?jié)理玫瑰花圖Fig.2 Joint rose figure of east pier site

1.3 地層巖性

據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地地層自上而下依次由植物層、第四系坡積層、三疊系(T)微風(fēng)化灰?guī)r等組成．各地層的野外特征分述如下：

1)植物層(Q4pd)：褐黃色，主要由粘性土組成，含植物根莖，呈松散狀態(tài)。

2)第四系坡積(Qdl)粉質(zhì)黏土：褐黃色，切面稍有光澤，搖震無(wú)反應(yīng)，韌性、干強(qiáng)度中等，呈可塑狀態(tài)。發(fā)育有石牙，即微風(fēng)化灰?guī)r，揭露的視厚度為0.30～2.00 m。

3)三疊系(T)微風(fēng)化灰?guī)r：灰青色，灰白色，中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石，長(zhǎng)石等礦物，節(jié)理裂隙較發(fā)育。在該層中發(fā)育有3個(gè)亞層，即巖溶充填物、溶蝕裂隙及溶洞。

1.4 場(chǎng)地穩(wěn)定性及適宜性評(píng)價(jià)

該玻璃橋及配套工程選擇大峽谷兩側(cè)陡立岸坡附近位置，橋梁類(lèi)型為拉索橋。為確保該玻璃橋及配套工程建設(shè)的安全，現(xiàn)對(duì)大峽谷兩側(cè)陡立岸坡及拉錨處進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并對(duì)最初設(shè)計(jì)時(shí)的橋址位置是否適宜建設(shè)該工程進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 有限元計(jì)算方法與理論

2.1 本構(gòu)模型的選擇

數(shù)值計(jì)算采用有限單元法，采用大范圍的三維有限元計(jì)算。

采用了大型非線(xiàn)性有限元計(jì)算軟件ABAQUS程序進(jìn)行三維有限元分析計(jì)算。

根據(jù)工程實(shí)際情況，巖土體采用彈塑性材料，選用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，見(jiàn)圖3。

圖3 Mohr-Coulomb屈服模型Fig.3 Mohr-Coulomb yield model

Mohr-Coulomb模型的彈性階段必須是線(xiàn)性、各向同性的，其屈服函數(shù)為：

F=Rmcq-ptanφ-c=0

(1)

其中Rmc(θ,φ)為π平面上屈服面形狀的一個(gè)度量。

其中φ為巖土材料的摩擦角，0≤φ≤90°；C為巖土材料的黏聚力；θ為極偏角。

在Mohr-Coulomb模型中，實(shí)質(zhì)上假定了由黏聚力系數(shù)來(lái)確定其硬化。

利用使用Abauqs中所提供的Mohr-Coulomb模型求解巖土工程問(wèn)題，應(yīng)注意的問(wèn)題如下：

1)由于Mohr-Coulomb模型的塑性流動(dòng)法則是非關(guān)聯(lián)的，因此必須來(lái)用非對(duì)稱(chēng)求解器。

2)由于Mohr-Coulomb模型在使用前必須進(jìn)行標(biāo)定，其典型的標(biāo)定方法是從若干個(gè)不相同的三維試驗(yàn)中獲得極限應(yīng)力狀態(tài)，并把它們定位于子午線(xiàn)平面上來(lái)估算摩擦角與黏聚力C。因此，必須慎重確定膨脹系數(shù)。

3)由于在A(yíng)BAQUS中，Mohr-Coulomb模型采用的是光滑塑性流動(dòng)勢(shì)面，它不同于經(jīng)典的相關(guān)聯(lián)的Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的流動(dòng)勢(shì)面(它是由若干個(gè)平面形成的折面組成)。因此，ABAQUS中的Mohr-Coulomb模型中的塑性行為與經(jīng)典的Mohr-Coulomb模型有所不同。

2.2 初始地應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算方法

在進(jìn)行開(kāi)挖的模擬計(jì)算時(shí)，初始地應(yīng)力場(chǎng)[11]是隨后迭代計(jì)算的基礎(chǔ)，只有采用與實(shí)際相符的初始地應(yīng)力場(chǎng)，才可能得出真實(shí)的解答。初始地應(yīng)力場(chǎng)指的是玻璃橋修建前峽谷崖坡的地應(yīng)力場(chǎng)。初始地應(yīng)力場(chǎng)是在工程設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素。初始地應(yīng)力σz是由土體自重應(yīng)力和河谷地質(zhì)演化釋荷引起的。由于本研究山體在沒(méi)有超載的情況下，初始應(yīng)力場(chǎng)通常為巖土體的自重應(yīng)力場(chǎng)。由于巖土體經(jīng)歷歷史上長(zhǎng)期的固結(jié)，一般早已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以初始位移通常假設(shè)為零。

如果建立一個(gè)穩(wěn)定的模式，能夠不斷復(fù)制是最好的。但問(wèn)題在于，外部的環(huán)境和內(nèi)部的資源是在不斷變化的，模式不可能一勞永逸，當(dāng)內(nèi)外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，企業(yè)的生存會(huì)遇到挑戰(zhàn)。另外，如果總是簡(jiǎn)單的重復(fù)，員工的熱情也會(huì)喪失。

當(dāng)采用有限元計(jì)算時(shí)，一般可采用兩種方法來(lái)施加初始地應(yīng)力。其一是在部分邊界上施加相應(yīng)的面力荷載，在內(nèi)部施加自重荷載，通過(guò)求解而得到的地應(yīng)力場(chǎng)作為初始地應(yīng)力場(chǎng)；其二是將初始應(yīng)力按自重應(yīng)力直接輸入高斯點(diǎn)，形成一個(gè)初始地應(yīng)力場(chǎng)。如果沒(méi)有條件獲得初始地應(yīng)力的分布規(guī)律，一般可將初始地應(yīng)力公式取為如下形式：

σz=yz

(2)

σx=σy=Koσx

(3)

τxy=τyz=τzx=0

(4)

式中：σz為初始地應(yīng)力；z為應(yīng)力點(diǎn)的深度；K0為土的靜止土壓力系數(shù)；γ為土體的重度。計(jì)算出相應(yīng)點(diǎn)處的初應(yīng)力后，直接送往各個(gè)單元的初始應(yīng)力場(chǎng)函數(shù)從而形成初始地應(yīng)力。

2.3 土體開(kāi)挖的計(jì)算方法

有限元模擬開(kāi)挖，關(guān)鍵是使開(kāi)挖面上的應(yīng)力得到解除，成為自由面。因此對(duì)于每級(jí)開(kāi)挖要根據(jù)開(kāi)挖前的應(yīng)力求出剩余土體V2對(duì)即將開(kāi)挖部分土體V1所作用的結(jié)點(diǎn)力{F}，在開(kāi)挖后將{F}反向作用在開(kāi)挖面結(jié)點(diǎn)上，并將挖去土體從結(jié)構(gòu)中去掉，進(jìn)行下一步的有限元計(jì)算。對(duì)開(kāi)挖掉的土體單元，如果從分析對(duì)象的結(jié)構(gòu)中去掉，一般有兩種處理方法：

1)保留原來(lái)的土體單元網(wǎng)格，采用空單元置換法，將挖掉的土體單元以空單元代替，及降低土單元的彈性模量，使得無(wú)論計(jì)算多少個(gè)開(kāi)挖步，總剛度矩陣不變。

2)把挖掉的單元從網(wǎng)格中刪掉，使結(jié)構(gòu)中不再包含這些單元。但這種方法需要重新對(duì)結(jié)構(gòu)所劃分的網(wǎng)格進(jìn)行排列、編號(hào)，從而使得結(jié)構(gòu)剛度陣、荷載列陣等均需做一系列調(diào)整而使實(shí)際應(yīng)用起來(lái)較煩瑣。

對(duì)于第一種方法，在處理上較為簡(jiǎn)單，但當(dāng)彈性模量降低較多時(shí)，會(huì)因單元?jiǎng)偠汝囂∈箍倓偠染仃嚦蔀椴B(tài)矩陣，增加解方程的難度。根據(jù)前人計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)彈性模量降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，計(jì)算結(jié)果是可以滿(mǎn)足工程上的精度要求的，而且求解方程組不會(huì)出現(xiàn)困難。

對(duì)于挖掉的結(jié)點(diǎn)，考慮到其對(duì)存在的結(jié)點(diǎn)已不起任何作用，因此，可令其各方向的位移為0。這樣就不會(huì)對(duì)現(xiàn)存結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。在具體的程序操作中，可令被挖掉的結(jié)點(diǎn)的位移相對(duì)應(yīng)總剛中的元素為一大數(shù)，這樣，解得的位移將等于一極小值，可近似作為0。

3 玻璃橋橋址邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 有限元三維模型的建立

根據(jù)地形等高線(xiàn)圖采用三維建模軟件處理，獲得的三維地質(zhì)模型如下圖4：

圖4 某玻璃橋大峽谷三維實(shí)體圖Fig.4 Three-dimensional entity figure of glass bridge canyon

根據(jù)勘察單位所提供的地質(zhì)剖面圖及地形圖(見(jiàn)圖5和圖6)建立適合有限元計(jì)算的模型，取最不利的剖面即橋中線(xiàn)所在的剖面進(jìn)行拉伸形成，建立三維有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖7和圖8。

圖5 某玻璃橋大峽谷剖面Fig.5 Profile of glass bridge grand canyon

圖6 某大峽谷玻璃橋場(chǎng)平面圖Fig.6 Floor figure of glass bridge grand canyon

圖7 某玻璃橋大峽谷有限元計(jì)算幾何模型Fig.7 Finite element computational geometry model of glass bridge grand canyon

圖8 某大峽谷玻璃橋錨墩荷載作用面Fig.8 Anchor pier loading surface of grand canyon glass bridge

模型的網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖9。

圖9 模型的網(wǎng)格劃分Fig.9 Mesh of the model

模型邊界條件為：模型左右、前后分別是水平方面位移約束，底面為固定端約束。

3.2 計(jì)算參數(shù)的確定

由于實(shí)際山體結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，大量分布有溶洞，很難探明溶洞的分布范圍，可以對(duì)巖體的力學(xué)參數(shù)采用概化處理，擬對(duì)灰?guī)r力學(xué)參數(shù)折減20%。對(duì)于傾向峽谷方面的對(duì)山體穩(wěn)定性有控制作用的兩條節(jié)理以?xún)?nèi)的巖體由于其風(fēng)化作用力學(xué)參數(shù)折減30%。節(jié)理參數(shù)擬采用巖溶充填物的參數(shù)，計(jì)算所采用的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)下表1。

表1 巖石(體)物理性力學(xué)參數(shù)

巖體、混凝土錨墩均采用SOLID實(shí)體單元模擬。模型上邊界為自由邊，其它邊界為位移約束。荷載值按設(shè)計(jì)施加，自重應(yīng)力場(chǎng)采用ABAQUS內(nèi)部特有的應(yīng)力平衡法將自重應(yīng)力在施加過(guò)程中所引起的初始位移場(chǎng)取消，荷載根據(jù)需要可以一次加載也可以根據(jù)實(shí)際情況分期加載。

計(jì)算荷載左右岸錨墩分別作用豎向荷載為1.5×104kN，水平荷載為5×102kN。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

3.3.1 初始地應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)上述方法計(jì)算出的初始應(yīng)力場(chǎng)如圖10和圖11所示。

由圖10可見(jiàn)初始應(yīng)力場(chǎng)最大值出現(xiàn)山谷的左岸溝谷中間部分，約為2.5×102kN。

由圖11可見(jiàn)右岸溝谷內(nèi)初始應(yīng)力場(chǎng)最大值出現(xiàn)右岸溝谷中上部，約為2.1×102kN。

圖11 峽谷右岸邊坡的自重應(yīng)力場(chǎng)分布Fig.11 Slope gravity stress field distribution of canyon right bank

3.3.2 外荷載作用下的有限元模擬

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，計(jì)算荷載為玻璃橋作用在左右岸錨墩的豎向荷載均為1.5×104kN，水平荷載為5×102kN。錨墩面積為522 m2，故錨墩表面受正壓力為28.7 kPa，剪切布力為9.5 kPa。

圖12 外荷作用下峽谷左岸邊坡的應(yīng)力場(chǎng)Fig.12 Slope stress field of canyon left bank under the action of load

圖13 外荷作用下大峽谷右岸邊坡的應(yīng)力場(chǎng)分布Fig.13 Slope stress field of canyon right bank under the action of load

圖14 沿峽谷模型中線(xiàn)從左向右岸的應(yīng)力分布Fig.14 Stress distribution along the canyon calculation center line from left to right bank

由圖12～圖14可看出某玻璃橋大峽谷所受應(yīng)力在外荷作用下由坡頂向溝谷深度應(yīng)力越來(lái)越大，在坡谷的中下部達(dá)到極大，然后又逐漸變小，均比修橋前僅在自重應(yīng)力作用下大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。左岸受力情況要比右岸的更不利。

由圖15～圖17可看出某玻璃橋大峽谷在外荷作用下在左岸谷坡的中下部發(fā)生塑性破壞，由位移分布圖可以看出破壞區(qū)有部分發(fā)生向上的位移，表明該破壞主要是沿節(jié)理面發(fā)生滑移，推動(dòng)谷底下部巖土體有拱起的趨勢(shì)。

圖15 玻璃橋大峽谷在外荷作用下塑性區(qū)分布Fig.15 Plastic zone distribution of glass bridge grand canyon under the action of load

圖16 玻璃橋大峽谷在外荷作用下豎向位移云圖Fig.16 Vertical displacement contours of glass bridge grand canyon under the action of load

圖17 玻璃橋大峽谷在外荷作用下位移失量Fig.17 Displacement vector contours of glass bridge grand canyon under the action of load

由于該大峽谷玻璃橋東西橋墩位置場(chǎng)地(靠近大峽谷附件區(qū)域)落水洞、垂直溶蝕裂隙(張裂縫)及溶溝、溶槽發(fā)育，尤其是張裂縫的形成說(shuō)明場(chǎng)地巖體中的破壞已經(jīng)形成，是場(chǎng)地潛在不穩(wěn)定的標(biāo)志。數(shù)值分析結(jié)果表明，所計(jì)算采用的設(shè)計(jì)橋址位置不宜建設(shè)玻璃橋及配套工程。因此，作為西側(cè)橋墩位置建議應(yīng)避開(kāi)不良地質(zhì)作用發(fā)育的區(qū)域。若橋址位置不能移動(dòng)，則應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)作用發(fā)育區(qū)域的巖體進(jìn)行加固治理；作為東側(cè)橋墩位置建議宜避開(kāi)不良地質(zhì)作用發(fā)育的區(qū)域。若橋址位置不能移動(dòng)，則應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)作用發(fā)育區(qū)域的巖體進(jìn)行加固治理。

4 結(jié)論

1)研究了采用Abaqus軟件解決巖土工程問(wèn)題，本構(gòu)模型的選擇及模型應(yīng)用所注意的問(wèn)題。

2)建立了某大峽谷三維有限元模型，計(jì)算了大峽谷初應(yīng)力場(chǎng)的分布，并在設(shè)計(jì)荷載作用下玻璃橋橋址邊坡的附加應(yīng)力、位移場(chǎng)及破壞區(qū)的分布規(guī)律。

3)根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果，所計(jì)算橋址的位置在外力作用下處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)，如不采取加固措施，不適宜建設(shè)玻璃橋，建議改變橋址設(shè)計(jì)位置或?qū)Σ涣嫉刭|(zhì)作用發(fā)育區(qū)域的巖體進(jìn)行加固治理。

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The stability analysis of the slope of glass bridge site in a grand canyon

JIN Shubin1, HU Tao1, QIAO Shifan2

(1.Guizhou Highway Engineering Group Co., Ltd, Guiyang 550008, China；2. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

Based on the finite element method, the stability analysis of the steep slopes with anchor bars at both sides of a grand canyon was conducted and the originally designed bridge site was evaluated for the construction and operation safety of the glass bridge. The plastic zone distribution regulation of the slope under the condition of glass bridge loading was obtained by simulating the displacement and stress states of the slope under natural and bridge loading conditions. Three dimensional finite element software was used in combination with the geotechnical engineering conditions for this purpose. The results show that the position of bridge site was between metastable state and unstable state under the action of external forces. It is suggested to change the design position of bridge site or reinforce rock mass in regions susceptible to disastrous geological development. This offers reference for the further design of a canyon glass bridge.

slope stability analysis; three dimensional finite element; displacement state; stress state; numerical simulation

2016-02-25

貴州省交通廳科技資助項(xiàng)目(2015-122-047)

喬世范(1975-)，男，山東莒南人，教授，從事環(huán)境巖土工程及巖土信息三維可視化仿真技術(shù)等方面的教學(xué)和科研工作；E-mail:qiaoshifan@163.com

TU47

A

1672-7029(2016)11-2197-07