沈龙
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摘要：在岩土力学中边坡稳定性作为一个比较经典的问题，一些工程与土的填筑、开挖所形成的边坡密切相关，随着边坡坡角的变化，人们越来越重视土质边坡的稳定性，特别是极易发生滑坡的季节。现如今，有很多研究与分析都针对均质边坡，而对于分层边坡的研究却少之又少。对于分层边坡而言，其潜在的滑动面不像均质边坡那样明确，具体在确定时必须通过大量试验与计算，如果边坡中国存在软弱土层，则其位置也会不同程度的影响到边坡本身的稳定性。
关键词：软弱土层；位置和坡角；分层土质边坡；稳定性；影响研究；核心思路
对于层数、软弱土层位置不同的分层土质边坡工程，在评价边坡稳定性时有必要借助FLAC3D有限差分数值计算软件选用相关值线图，即安全系数、边坡位移等，就不同坡角对于每种分层土质边坡稳定性所产生的影响可以采用强度折减法进行模拟分析，在此基础上可以获得一种安全系数的变化规律，对临界稳定的坡角范围进行变化，并实现对边坡稳定性的有效分析[1]。
1、原理与方法
针对边坡稳定性分析方法而言，主要有两种，即极限平衡分析法、数值模拟分析法。其中对于前者而言，在计算土质边坡的稳定性时可以借助圆弧滑动面条分法，而根据GB50330-2013《建筑边坡工程技术规范》可以利用简化的毕肖普法来计算圆弧形滑动面，通过对比分析可以证明这种方法本身所具有的准确性高，且已经得到国际上的工人。瑞典法是一种之前比较常用的方法，尽管可以实现简单求解，但是存在很大的计算误差，过度强调安全而难免会产生许多浪费，因此不再具有适用性。
而后者也主要包括两种，即有限元强度折减法、有限差分强度折减法。关于土质边坡的安全系数在强度折减分析法中可以定义为：在边坡恰达到临界破坏状态时会折减土体抗剪强度，这一方法的要点就在于利用一个特定公式来调整岩土体本身所具有的强度指标。针对边坡稳定性时可以借助数值模拟分析，通过折减系数的不断增加与反复计算，一直到边坡达到临界破坏，这时所得到的折减系数便是安全系数[2]。
2、建立模型
2.1建立模型与力学参数
建立两种分层土质边坡模型，即地基为软弱土层、坡身中含有软弱土层，并对比均质土坡，模型如下图1。其中，边坡1是一个普通均质边坡，主要用于对比，本身不存在软弱土层；边坡2主要包括两层，其地基表现为软弱土层；而边坡3总共包括3层，一层坡身中含有软弱土层，且坡身中的两种土层高度相同。
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对于该边坡模型而言，其坡身有15m宽，随坡角a变化高度也会发生相应的改变，坡肩、坡脚向两端的距离分别为15m、10m，坡脚到地下的距离为10m。
2.2本构模型选择与设置边界条件
在模拟计算中，均根据均质弹塑性材料来计算土体材料，本构关系与摩尔库伦准则相符，利用实体单元来模拟模型中的土体，摩尔库伦材料模型为本构模型。
设置边界条件：将x方向的位移约束添加到模型左右两侧边界；在y方向上，该边坡模型长度比其他两方向的要长很多，这是一种比较常见的平面应变问题，因此有必要对整个模型添加y方向的位移约束；上边界保持自由，不添加任何约束[3]。
3、分析分层土质边坡稳定性
3.1软弱土层位置
当坡角a为45°时，分别对比对三种土质边坡的模拟结果，通过对各种边坡稳定性的分析，可以相应的计算出各个边坡所具有的安全系数。即边坡1、2、3的安全系数分别为1.299、1.279、1.54。
基于安全系数的数值，稳定性最好的当属不含软弱层的均质边坡，然后是地基为软弱土层的边坡、最差的当属破身中含有软弱土层的边坡。因此，软弱土层在一定程度上会直接影响到边坡稳定性，尤其是破身中存在软弱土层的边坡，为此必须对这类边坡的稳定性进行强化验收，要求其边坡稳定性必须与相关要求相符，必要时需要采取一种必要的支护措施[4]。
当坡角为45°时，通过对比三种土质边坡的模型结果可知，可以将各个边坡的位移等值线图计算出来。每种边坡的潜在滑动面为圆弧形，其中位移最小的当属均质边坡，坡脚处的位移最大，且地基基本上没有出现任何位移。其次为地基为软弱土层的边坡，地基位移小，会影响到边坡稳定性。位移最大的为坡身中存在软弱土层的边坡，地基基本生没有发生任何改变。
3.2坡角
当坡角为40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°时模拟边坡2、3两种模型，通过分析可知：随着坡角a的增大，这两种边坡的安全系数均呈降低趋势，变化趋势近似线性，趋势基本上可以保持一致，随之也会降低其安全性，详情如下图2。通过对比两曲线可知，与边坡3相比，边坡2更具安全性，也再次说明相比较于坡身中含有软弱土层边坡，比地基中含有软弱土层的边坡，更容易影响到边坡本身的稳定性[5]。
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四、结束语
综上所述，针对含有软弱土层的边坡需要对边坡稳定性进行密切留意与准确验算，特别是坡身中存在软弱土层时，更需要确认边坡稳定性是否与相关要求相符，必要时有必要采取一种切实可行的支护措施。同时，两种边坡的安全系数与坡角a呈反比，即坡角越大、安全系数越低，变化趋势近似一个线性，随之也会逐渐降低边坡本身的稳定性。在坡角相同的情况下，稳定性更高的边坡当属那些地基中含有软弱土层的地基。
参考文献：
[1]王婧,杨双锁,罗海燕,赵景阳,徐婧.软弱土层的位置和坡角对分层土质边坡的稳定性影响研究[J].建筑技术,2019,50(05):583-586.
[2]刘春龙,张志强,袁继国,等.岩质边坡稳定坡角影响因素及其确定方法[J].水利水运工程学报 ,2016(1):23–29.
[3]张社荣,谭尧升,王超,等.多层软弱夹层边坡岩体破坏机制与稳定性研究[J].岩土力学 ,2014(6):1695–1702.
[4]李志佳,张顶立,房倩，等.基于强度折减法的土质边坡稳定性影响因素分析[J].隧道建设 ,2013(10):854–859.
[5] 黄磊,罗书学,李龙起,等.高土质边坡稳定性主控因素研究[J].铁道建筑 ,2014(7):99–102.