深基坑邊坡穩(wěn)定性及支護(hù)技術(shù)研究

何 旭 龍

(遼寧省公路路政管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122400)

深基坑邊坡穩(wěn)定性及支護(hù)技術(shù)研究

何 旭 龍

(遼寧省公路路政管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122400)

通過對(duì)深基坑邊坡支護(hù)工程的發(fā)展與研究現(xiàn)狀分析，提出了邊坡處治基本理論及穩(wěn)定性分析的方法，并對(duì)邊坡工程的設(shè)計(jì)與加固進(jìn)行了分析研究，介紹了幾種增強(qiáng)土坡穩(wěn)定性的常用方法，利用大型有限元分析軟件ADINA對(duì)某一采用錨桿支護(hù)的邊坡在地震荷載作用下的動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，對(duì)于復(fù)雜動(dòng)荷載作用的邊坡穩(wěn)定性分析問題做出了很好的解決。

深基坑，邊坡，穩(wěn)定性，地震荷載

0 引言

近年來，隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，樓房越建越高，而基礎(chǔ)相應(yīng)越埋越深。由于受周圍客觀環(huán)境的影響，深基坑開挖不能無限的放坡，只能根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)條件及其場(chǎng)地周邊附加荷載情況，在安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便的條件下，選取最佳支護(hù)方式及最優(yōu)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)。顯然，不同的地層條件下，深基坑邊坡支護(hù)計(jì)算模式的選擇，成為邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)安全經(jīng)濟(jì)成功與否的關(guān)鍵。

數(shù)值分析和模型試驗(yàn)法能較真實(shí)地模擬邊坡在地震作用過程中的動(dòng)力特性和破壞機(jī)制，是邊坡地震反應(yīng)分析的兩種主流方法。目前，常用于邊坡地震穩(wěn)定性分析的數(shù)值方法主要為有限單元法和有限差分法。它們?cè)谀M含眾多不連續(xù)結(jié)構(gòu)面的巖體問題中有一定的局限性，而離散單元法在求解巖體這類不連續(xù)介質(zhì)的問題中彌補(bǔ)了有限單元法和有限差分法的某些不足。

1 邊坡處治基本理論及穩(wěn)定性分析

邊坡一般是指具有傾斜坡面的土體或巖體。由于坡表面傾斜，在坡體本身重力及其他外力作用下，整個(gè)坡體有從高處向低處滑動(dòng)的趨勢(shì)，同時(shí)，由于坡體土(巖)自身具有一定的強(qiáng)度和人為的工程措施，它會(huì)產(chǎn)生阻止坡體下滑的抵抗力。在工程設(shè)計(jì)中，判斷邊坡穩(wěn)定性的大小習(xí)慣上采用的是邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)來衡量。

Bishop(1995)明確了土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的定義：

(1)

其中，τf為沿整個(gè)滑裂面上的平均抗剪強(qiáng)度；τ為沿整個(gè)滑裂面上的平均剪應(yīng)力；Fs為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。

按照上述邊坡穩(wěn)定性概念，顯然，F(xiàn)s>1，土坡穩(wěn)定；Fs<1，土坡失穩(wěn)；Fs=1，土坡處于臨界狀態(tài)。

2 基于ADINA的某邊坡在地震作用下穩(wěn)定性分析

本例為一個(gè)兩層的邊坡，土的參數(shù)如表1所示，在ADINA中，該模型被劃分為831個(gè)節(jié)點(diǎn)和250個(gè)四邊形單元。邊界條件為底部是固定的，兩側(cè)土體的水平位移是固定的，邊坡用錨桿進(jìn)行加固。分析中對(duì)該模型施加重力荷載和地震波。地震波形分別采用如圖1所示的波形。

表1 土的參數(shù)表

模型網(wǎng)格劃分如圖2所示。

2.1 地震荷載作用時(shí)邊坡主應(yīng)力分析

對(duì)地震荷載作用前后邊坡主應(yīng)力進(jìn)行分析，進(jìn)行豎向位移分析，得出地震前、后邊坡的主應(yīng)力和剪應(yīng)力云圖。圖3為地震作用引起的邊坡主應(yīng)力分布云圖，圖4為地震作用引起的邊坡剪應(yīng)力分布云圖。

圖3和圖4表明，基坑邊坡面附近的主應(yīng)力跡線均明顯偏轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為最大主應(yīng)力σmax與坡面接近平行，最小主應(yīng)力σmin與坡面近于正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復(fù)到初始應(yīng)力狀態(tài)。由于應(yīng)力的重新分布，在坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶。不同部位其應(yīng)力狀態(tài)是不同的，在坡腳附近,平行坡面的切向應(yīng)力τ顯著升高，而垂直坡面的徑向應(yīng)力τr顯著降低，由于應(yīng)力差大，于是就形成了最大剪應(yīng)力τmax增高帶，容易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近,在一定條件下坡面徑向應(yīng)力和坡頂切向應(yīng)力最終轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力，形成拉應(yīng)力帶。因此，坡肩附近最易拉裂破壞。

2.2 地震荷載作用時(shí)位移分析

圖5為地震荷載作用前后邊坡豎向位移云圖。

對(duì)比圖5a)和圖5b)，可知地震作用改變了邊坡土體豎向位移場(chǎng)的分布。地震荷載作用使得邊坡坡面處產(chǎn)生不均勻位移，自坡頂至坡腳處位移逐漸減小。

3 結(jié)語(yǔ)

1)從邊坡穩(wěn)定性的概念入手，介紹了邊坡穩(wěn)定性分析的基本理論，分析了邊坡穩(wěn)定性的影響因素，提出了邊坡穩(wěn)定性的處理措施；

2)利用大型有限元分析軟件ADINA，對(duì)地震荷載作用下某深基坑邊坡穩(wěn)定性分析進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明：地震荷載作用后基坑邊坡面附近的主應(yīng)力跡線均明顯偏轉(zhuǎn)，易形成剪應(yīng)力增高帶，從而使邊坡產(chǎn)生剪切破壞。地震荷載也引起了邊坡的位移重新分布。

[1] 劉紅帥,薄景山,劉德東.巖土邊坡地震穩(wěn)定性分析研究評(píng)述[J].地震工程與工程振動(dòng)，2005，25(1)：164-171.

[2] 薄景山,徐國(guó)棟,景立平.土邊坡地震反應(yīng)及其動(dòng)力穩(wěn)定性分析[J].地震工程與工程振動(dòng),2001,21(2)：16-120.

[3] 陳玲玲，陳敏中，錢勝國(guó).巖質(zhì)陡高邊坡地震動(dòng)力穩(wěn)定分析[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2004，21(1)：33-35.

[4] 劉春玲，祁生文，童立強(qiáng)，等.利用FLAC3D分析某邊坡地震穩(wěn)定性[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(16)：2730-2733.

[5] 祁生文.邊坡動(dòng)力響應(yīng)分析及應(yīng)用研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士學(xué)位論文，2002.

[6] BARDET J P，SCOTT R F.Seismic stability of fracture rock masses with the distinct element method[C]//Proceedings of the 26th U.S.Symposium on Rock Mechanics(USRMS).Rotterdam：A.A.Balkema,1985：139-149.

[7] ZHANG C H，PEKAU O A，JIN F，et al.Application of distinct element method in dynamic analysis of high rock slopes and block structures[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering，1997,16(6):385-394.

[8] 陶連金，蘇生瑞，張倬元.節(jié)理巖體邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2001,9(1):32-38.

[9] 譚儒蛟，胡瑞林，徐文杰，等.虎跳峽龍?bào)从野缎逼伦冃蔚牡刭|(zhì)力學(xué)機(jī)制探討[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(S2)：5674-5679.

Research on stability and support technology of deep pit slope

HE Xu-long

(HighwayManagementBureauinLiaoningProvince,Chaoyang122400,China)

This paper analyzes the development of deep foundation engineering and research, presents the basic theory and treatment of analysis method of slope stability, which is the basis of engineering design and analysis of reinforcement. This paper introduces a few kind of common method for enhancing the stability of slopes. In this paper, a slope under seismic load dynamic stability is analyzed by ADINA software, which gives a good solution of the complex dynamic loading problem of slope stability analysis.

deep foundation， slope， stability， seismic load

1009-6825(2014)11-0104-03

2014-02-04

何旭龍(1987- )，男，助理工程師

TU413.62

A