浸水對邊坡支護(hù)的影響及FLAC 3D數(shù)值模擬分析

安宏科

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000）

浸水對邊坡支護(hù)的影響及FLAC 3D數(shù)值模擬分析

安宏科

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000）

為揭示浸水對基坑邊坡支護(hù)穩(wěn)定性的影響，本文分別對比不同土釘間距、土釘長度、入射角度、邊坡坡度等情況下邊坡浸水前后的穩(wěn)定性變化，并根據(jù)土體強(qiáng)度浸水折減原理建立FLAC 3D數(shù)值模擬分析浸水后邊坡穩(wěn)定性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)砂土及粘土層發(fā)生受力破壞，進(jìn)一步證明了浸水給邊坡支護(hù)穩(wěn)定性帶來的危害。本文可以為基坑邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

基坑支護(hù)；穩(wěn)定性；浸水；數(shù)值模擬

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也一直保持強(qiáng)勢勁頭，無疑在保證工程建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)其安全問題成為關(guān)鍵所在［1］。深基坑的開挖經(jīng)常出現(xiàn)坍塌等質(zhì)量及安全事故，基坑支護(hù)方法及其邊坡穩(wěn)定性是基坑工程的核心所在［2］。水損害是工程中一直存在的安全隱患，但在基坑邊坡工程中浸水對其支護(hù)效果的影響未得到全面分析，全面分析浸水對邊坡支護(hù)工程的影響是解決水損害的前提［3］。因此，本文在多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析浸水前后邊坡穩(wěn)定性的變化，并采用FLAC 3D軟件數(shù)值模擬浸水情況下邊坡失穩(wěn)，為深基坑邊坡支護(hù)的設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

1 浸水前后基坑邊坡穩(wěn)定性分析

本文依托理正基坑計(jì)算軟件，針對工程實(shí)例，研究浸水前后基坑邊坡穩(wěn)定性變化，通過改變不同土釘間距、土釘長度、入射角度、邊坡坡度等參數(shù)，分別計(jì)算基坑邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)。各種土類的土層參數(shù)見表1。

浸水條件下，砂性土層內(nèi)摩擦角ψ變化較小，對土體整體強(qiáng)度影響也較小，因此在此處不做細(xì)致研究。隨著坡體增濕含水量增大，其抗剪強(qiáng)度隨含水量的逐漸增大而連續(xù)降低，對浸水條件該工程土體粘聚力c值進(jìn)行簡化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 浸水條件下不同土層的c值折減值

表1 土層參數(shù)

1.1 不同土釘間距下浸水前后基坑邊坡穩(wěn)定性的變化

選取不同土釘間距1.2～1.7m，土釘長度取9m，入射角度取10°，邊坡坡度取75°，計(jì)算得到基坑邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如表3所示。

表3 不同土釘間距下穩(wěn)定性安全系數(shù)表

由表3計(jì)算結(jié)果可知，隨著土釘間距的增大，浸水前后基坑邊坡穩(wěn)定系數(shù)均逐漸減?。黄渲虚g距為1.2m時(shí)，浸水后邊坡穩(wěn)定性降低約10%。因此，合理設(shè)置土釘間距及保證無浸水狀態(tài)是維護(hù)邊坡穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。

1.2 不同土釘長度下浸水前后基坑邊坡穩(wěn)定性的變化

選取不同土釘長度8.0～12.0m，土釘間距取1.5m，其他條件不變，計(jì)算得到基坑邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如表4所示。

表4 不同土釘長度下穩(wěn)定性安全系數(shù)表

由表4計(jì)算結(jié)果可知，土釘越長，邊坡穩(wěn)定性越好，相同長度下邊坡浸水后其穩(wěn)定性會有不同程度降低，降低值約為10%。

1.3 不同土釘入射角度下浸水前后基坑邊坡穩(wěn)定性的變化

選取不同土釘入射角度8.0°～12.0°，土釘間距取1.5m，長度取9m，其他條件不變，計(jì)算得到基坑邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如表5所示。

由表5計(jì)算結(jié)果可知，合理設(shè)置土釘射入角也是保證土釘支護(hù)邊坡施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，過大和過小的射入角都不合適，土釘射入角10度時(shí)邊坡穩(wěn)定性較好，浸水后穩(wěn)定性降低約10%～25%。

表5 不同土釘入射角度下穩(wěn)定性安全系數(shù)表

1.4 不同邊坡坡度下浸水前后基坑邊坡穩(wěn)定性的變化

選取不同邊坡坡度71.0°～75.0°，土釘間距取1.5m，長度取9m，入射角度取10°，其他條件不變，計(jì)算得到基坑邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如表6所示。

表6 不同土邊坡坡度下穩(wěn)定性安全系數(shù)表

表6計(jì)算結(jié)果顯示，邊坡的放坡坡度是支護(hù)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，過陡的邊坡無法保證施工安全，合理設(shè)置放坡可以有效緩解浸水對邊坡穩(wěn)定性的影響，合理邊坡坡度為71°，但總體趨勢是浸水后邊坡穩(wěn)定性大幅度降低。

總結(jié)可知，基坑的穩(wěn)定性隨土釘間距的增大和邊坡坡度的增大而減小，合理土釘入射角為10°，基坑的穩(wěn)定性安全系數(shù)隨著土釘長度的增加而不斷增大。浸水條件下與無浸水條件下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，相同條件下的安全系數(shù)都有大幅度降低。合理的土釘間距為1.2m，合理土釘入射角度為10°，合理邊坡坡度為71°，基坑的穩(wěn)定性安全系數(shù)隨著土釘長度的增加而不斷增大，實(shí)際工程中應(yīng)采取其他基坑加固方案進(jìn)行配合支護(hù)。

2 浸水下基坑邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析

依照基坑開挖施工設(shè)計(jì)方案，邊坡依照實(shí)際案例進(jìn)行土層劃分，坡腳仰角為79°，各層土按現(xiàn)場實(shí)際情況安裝土釘及錨桿。為保證計(jì)算準(zhǔn)確，減少誤差，坡底基坑寬度選定為10.0m，底層粘性土層厚度取4.4m。具體建模參數(shù)簡圖如圖1所示。

圖1 土層及錨桿基本簡圖

根據(jù)現(xiàn)場施工資料顯示，位于基坑西南側(cè)坡體土方開挖-10.27～-7.37m內(nèi)出現(xiàn)塌方事故，初步原因是由于地層滲水導(dǎo)致土體強(qiáng)度降低，造成抗力不足誘發(fā)塌方。因此借助FLAC 3D，利用“二分法”，引用強(qiáng)度折減原理對坡體穩(wěn)定進(jìn)行分析計(jì)算。

根據(jù)浸水后土體強(qiáng)度折減原理，建立FLAC 3D基坑邊坡支護(hù)模型，根據(jù)發(fā)生坍塌部位，結(jié)合地層分布圖可知，破壞范圍主要集中在（-10.27～-7.37m）的砂土層，因此在本層進(jìn)行強(qiáng)度折減計(jì)算，相應(yīng)地層應(yīng)力變化如圖2所示。對砂土層和粉質(zhì)粘土層的強(qiáng)度指標(biāo)參數(shù)c、ψ進(jìn)行不同程度折減，分析土層的破壞情況。當(dāng)折減系數(shù)k= 1.992時(shí)，折減后砂土層ψ′=11.09°，粉質(zhì)黏土層c= 12.04kPa，ψ′=11.9°時(shí)，-10.27～-7.37m內(nèi)砂土層與粉質(zhì)粘土均發(fā)生破壞，受力見圖3。進(jìn)一步證明浸水后基坑邊坡支護(hù)穩(wěn)定性大大減小，因此邊坡無浸水狀態(tài)是保證邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。

3 結(jié)論

基坑的穩(wěn)定性隨土釘間距的增大和邊坡坡度的增大而減小，隨土釘長度的增加不斷增大，土釘射入角度也需合理設(shè)計(jì)。浸水條件下安全系數(shù)大幅度降低。合理的土釘間距為1.2m，合理土釘入射角度為10°，合理邊坡坡度為71°，實(shí)際工程中應(yīng)基坑邊坡無浸水狀態(tài)。

圖2 砂土層強(qiáng)度折減基坑支護(hù)模型受力圖

圖3 兩層土層強(qiáng)度折減基坑支護(hù)模型受力圖

［1］袁有藝.建筑施工安全管理存在的問題及對策研究［J］.山西建筑，2016（1）：249-251.

［2］高峰.土釘支護(hù)技術(shù)在臨近鐵路深基坑中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2016（4）：87-91.

［3］鐘世鳴.深基坑支護(hù)施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用分析［J］.江西建材，2015（3）：79.

Influence of Flooding on Slope Support and FLAC 3D Numerical Simulation Analysis

An Hongke
（Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000）

In order to reveal the influence of immersion on the stability of foundation pit slope support,this paper compared the stability of slope before and after flooding with different soil nail spacing,soil nail length,incident angle and slope slope.According to soil strength and water cut reduction principle,FLAC 3D numerical simulation was established to analyze the change of slope stability after soaking,the results showed that the stability of the slope and the clay layer was damaged,it further proved the harm of water soaking to slope support stability.This paper can provide reference for the design and construction of foundation pit slope support.

foundation pit support；stability；flooding；numerical simulation

TU43

A

1003-5168（2017）05-0092-03

2017-04-06

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院基金項(xiàng)目“黃土地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨桿與土釘聯(lián)合支護(hù)深基坑穩(wěn)定性研究”（KY2015-41）。

安宏科（1982-），男，碩士，講師，研究方向：土建方面的教學(xué)研究。