基于極限平衡法的某邊坡穩(wěn)定性分析與抗滑樁支護(hù)

馮 煒，張菊鋒

(核工業(yè)湖州勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司, 浙江湖州 313000)

抗滑樁具有抗滑能力強(qiáng)、布置靈活、施工技術(shù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此，被廣泛應(yīng)用于邊坡支護(hù)中。

目前關(guān)于邊坡地穩(wěn)定性分析和抗滑樁支護(hù)效果研究主要有兩種方法，其一采用極限平衡法計(jì)算邊坡地穩(wěn)定性，并對(duì)抗滑效果進(jìn)行研究，該方法對(duì)安全系數(shù)的定義較為簡(jiǎn)單，應(yīng)用較為廣泛，如韋秀東、李家平、張友良、劉波等采用極限平衡法對(duì)抗滑樁地支護(hù)效果進(jìn)行了研究，并說(shuō)明了不同的抗滑樁樁位、樁長(zhǎng)、樁間距對(duì)支護(hù)效果影響很大。其二是有限元數(shù)值模擬法，該方法可以直觀地反映邊坡的位移和應(yīng)力狀態(tài)，能夠真實(shí)地反映邊坡的破壞，單恒年、陶熹等專家學(xué)者都采用該方法對(duì)抗滑樁的支護(hù)效果進(jìn)行了研究。

總結(jié)前人研究可知，目前極限平衡法應(yīng)用較為廣泛，且認(rèn)可度較高，本文通過(guò)對(duì)某公路高邊坡采用極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并研究抗滑樁對(duì)該邊坡支護(hù)效果的影響，以期為抗滑樁工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

獅子山滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)位于湖州市德清縣武康街道獅子山西北側(cè)山坡。研究區(qū)整體屬于構(gòu)造剝蝕低丘陵，整體地勢(shì)西北低東南高，坡腳處為丘陵區(qū)向坡洪積平原過(guò)渡地帶，坡洪積平原高程為+4～+5m之間，整體地勢(shì)較為平緩，無(wú)明顯起伏變化，平原區(qū)為居民聚集區(qū)。

根據(jù)鉆孔資料顯示，勘查區(qū)域內(nèi)主要地層包括白堊系下統(tǒng)黃尖組(K1h)青灰色、肉紅色晶屑凝灰?guī)r、第四系上更新統(tǒng)坡洪積層(dl-plQ3)含碎礫石粉質(zhì)黏土、第四系殘坡積(el-dlQ)含碎石粉質(zhì)黏土和第四系全新統(tǒng)人工填土(mlQ4)礦渣。滑坡沿著全風(fēng)化凝灰?guī)r夾層滑動(dòng)。

根據(jù)獅子山主滑坡面的工程地質(zhì)剖面圖建立計(jì)算模型。首先利用CAD繪制獅子山主滑坡面的邊坡剖面，然后劃分土層面域，保存為dxf導(dǎo)入相應(yīng)的軟件中，模型圖如圖1所示。各地層的計(jì)算參數(shù)如表1所示。

2 計(jì)算結(jié)果分析

圖1 獅子山滑坡剖面(單位:m)

表1 巖土體計(jì)算參數(shù)

2.1 穩(wěn)定性分析

選用Bishop法、Janbu法、Spencer法以及M-P法等幾種方法對(duì)天然、暴雨工況下的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

2.1.1 天然工況

對(duì)獅子山滑坡在天然工況下的安全系數(shù)(FOS)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2～圖5。

圖2 Bishop計(jì)算結(jié)果(FOS=1.389)

圖3 Janbu計(jì)算結(jié)果(FOS=1.389)

圖4 Spencer計(jì)算結(jié)果(FOS=1.411)

圖5 M-P計(jì)算結(jié)果(FOS=1.398)

由圖2～圖5可知，在天然工況下，四種方法計(jì)算的安全系數(shù)分別為1.389、1.328、1.411、1.398，幾種方法計(jì)算的安全系數(shù)較接近，由建筑邊坡規(guī)范可知，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1.2 暴雨工況

對(duì)獅子山滑坡在天然工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6～圖9。

圖6 Bishop計(jì)算結(jié)果(FOS=1.389)

圖7 Janbu計(jì)算結(jié)果(FOS=1.389)

圖8 Spencer計(jì)算結(jié)果(FOS=1.411)

圖9 M-P計(jì)算結(jié)果(FOS=1.398)

由圖6～圖9可知，采用Bishop法、Janbu法、Spencer法以及M-P法四種方法的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.068，1.021，1.085和1.075，幾種方法下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)數(shù)值接近這個(gè)結(jié)果與在天然工況下的各種方法所取得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)相似。

2.2 抗滑樁支護(hù)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察和上文計(jì)算結(jié)果可知，該滑坡在暴雨工況下將會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，因此，需采取相應(yīng)的支護(hù)措施，本文選用抗滑樁對(duì)滑坡進(jìn)行支護(hù)。初步將樁長(zhǎng)取值為18m進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，樁的橫截面積為1m×1m，樁間距為5m，抗滑樁材料為C30鋼筋混凝土。

2.2.1 樁位的影響

分別選取3個(gè)樁的埋設(shè)位置，通過(guò)計(jì)算分析確定最佳樁位(圖10～圖12)。

圖10 ①號(hào)樁位計(jì)算結(jié)果

圖11 ②號(hào)樁位計(jì)算結(jié)果

圖12 ③號(hào)樁位計(jì)算結(jié)果

由圖10～圖12可知，隨著樁位向滑坡中部移動(dòng)，獅子山滑坡的安全系數(shù)逐漸增大。即③號(hào)樁位是最優(yōu)樁位，在此處設(shè)樁有利于滑坡的支護(hù)。

2.2.2 樁長(zhǎng)的影響

將樁位固定在③號(hào)，選取七組不同樁長(zhǎng)的抗滑樁:18m、20m、22m、24m、26m、28m、30m抗滑樁的其他樁參數(shù)保持不變，研究樁長(zhǎng)對(duì)抗滑效果的影響。不同樁長(zhǎng)下滑坡的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖13。

圖13 不同樁長(zhǎng)下滑坡的安全系數(shù)

由圖13可知，在一定樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，隨著抗滑樁長(zhǎng)度的增加，滑坡的安全系數(shù)越大，當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到26m時(shí)，隨著樁長(zhǎng)的增加，獅子山滑坡的安全系數(shù)幾乎不發(fā)生改變，抗滑樁的增長(zhǎng)收益不明顯。

2.2.3 樁間距的影響

將樁位固定在③號(hào)，樁長(zhǎng)設(shè)置為26m，計(jì)算不同樁間距(3m、4m、5m、6m、7m、8m)下滑坡的安全系數(shù)，抗滑樁的其他樁參數(shù)保持不變，研究樁長(zhǎng)對(duì)抗滑效果的影響。不同樁間距下滑坡的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖14。

圖14 不同樁間距下滑坡安全系數(shù)

3 結(jié)論

本文主要探討了獅子山滑坡在天然、暴雨工況下滑坡的穩(wěn)定性，并分析了不同的樁位、樁長(zhǎng)和樁間距下抗滑樁的支護(hù)效果。主要結(jié)論如下：

(1)獅子山滑坡在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)③號(hào)樁位時(shí)計(jì)算的安全系數(shù)最大，該處是獅子山滑坡抗滑樁埋設(shè)的最優(yōu)樁位。

(3)在一定樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，隨著抗滑樁長(zhǎng)度的增加，滑坡的安全系數(shù)越大，獅子山滑坡的最優(yōu)樁長(zhǎng)位26m。

(4)一定樁間距范圍內(nèi)，隨著抗滑樁轉(zhuǎn)間距的增加，滑坡的安全系數(shù)越小，當(dāng)間距較小時(shí)，安全系數(shù)減小較慢，間距較大時(shí)，安全系數(shù)減小較快。獅子山滑坡的最優(yōu)樁間距位6m。