組合支護(hù)形式下的邊坡位移和剪切應(yīng)變分析

何維軍

（江西信江水利電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，江西 上饒 334600）

1 前言

邊坡和滑坡工程一直是工程界研究的重點(diǎn)，對(duì)此學(xué)者們也進(jìn)行了大量的研究。葉志程等結(jié)合某滑坡利用數(shù)值模擬軟件，計(jì)算了自然和暴雨工況下邊坡的穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力錨索加固滑坡能夠達(dá)到治理滑坡的目。韓雪等對(duì)滲流作用下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：利用土工格柵能夠顯著地提高路堤邊坡的穩(wěn)定性。聶緒斯等對(duì)巖層傾向不同的邊坡進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：巖層傾角不同，邊坡的穩(wěn)定性不同。徐慧等對(duì)邊坡重建時(shí)，植被對(duì)生態(tài)修復(fù)作用進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：植被對(duì)坡面水土流失效果明顯，但是對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性影響較小。魏小濤等對(duì)邊坡的檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：邊坡治理過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和雷達(dá)掃描，以此使邊坡治理更加專業(yè)。然而以上的研究沒有涉及邊坡支護(hù)過程中的邊坡位移和剪切應(yīng)變的影響，對(duì)此結(jié)合一實(shí)際邊坡工程，采用抗滑樁+擋土墻+噴混凝土的組合支護(hù)形式，最后對(duì)邊坡進(jìn)行位移、剪切應(yīng)變和穩(wěn)定性的分析。

2 工程概況

該滑坡位于江西省上饒市內(nèi)，經(jīng)過地質(zhì)勘察可知，滑坡主要由兩層土體所組成，從上至下分別是風(fēng)化土和風(fēng)化巖（圖1），邊坡的物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)表

結(jié)合圖1 可知，設(shè)計(jì)的治理措施主要有抗滑樁、擋土墻和噴混凝土，噴混凝土采用的是C20材料，因?yàn)槠旅孑^平緩，所以暫沒有添加土釘或錨索，因?yàn)檠芯恐攸c(diǎn)為邊坡的穩(wěn)定性，所以暫時(shí)不考慮水平土拱效應(yīng)的影響。

圖1 邊坡平面圖 單位：m

3 數(shù)值模擬

3.1 模型的建立

如圖2 所示，風(fēng)化土和風(fēng)化巖均選擇三維實(shí)體單元，材料分析符合mohr定律和符合彈性定律；噴射混凝土選擇C20混凝土，選擇板單元，彈性模量2 120 萬kN·m-3，泊松比為0.21，容重為23.40 kN·m-3；抗滑樁選擇各向同性的彈性材料，彈性模量3 260萬kN·m-3，泊松比為0.22，容重為23.6 kN·m-3；擋土墻選擇各向同性的彈性材料，彈性模量2 820 萬kN·m-3，泊松比為0.23，容重為23.80 kN·m-3。

圖2 數(shù)值模擬三維圖

3.2 邊坡巖土體位移

數(shù)值模擬計(jì)算完成后，結(jié)果顯示邊坡的水平位移最大值為7.10 mm，位于第二臺(tái)階處，即抗滑樁所在位置，結(jié)合相關(guān)規(guī)范可知，最大位移不超過20 mm，說明支護(hù)后的邊坡位移控制方面是滿足規(guī)范要求。另一方面絕大多數(shù)巖土體的水平位移為3～5 mm，此巖土體所占整個(gè)邊坡巖土體的45%，剩余的巖土體位移不超過3 mm。由以上水平位移分析可知，邊坡的開挖在水平位移方面是滿足要求的。

邊坡的整體位移最大值為7.60 mm，同樣位于第二臺(tái)階處，另一方面絕大多數(shù)巖土體的水平位移為3.20～5.60 mm，此巖土體所占整個(gè)邊坡巖土體的48%，剩余的巖土體位移不超過3.20 mm。結(jié)合相關(guān)規(guī)范可知，最大位移不超過20 mm，說明支護(hù)后的邊坡位移控制方面是滿足規(guī)范要求。由以上整體位移分析可知，邊坡的開挖在整體位移方面是滿足要求的。

邊坡的水平和整體位移均不超過20 mm，最大位移位于第二臺(tái)階處，與實(shí)際工程監(jiān)測(cè)情況一致，說明邊坡的支護(hù)措施在位移控制方面是合理有效的。

3.3 邊坡剪切應(yīng)變

邊坡支護(hù)后自然工況下邊坡加固后安全系數(shù)達(dá)到1.36，剪切應(yīng)變區(qū)即邊坡的塑性區(qū)并沒有貫通，說明邊坡不會(huì)繼續(xù)滑動(dòng)，邊坡的支護(hù)措施是達(dá)到了理想的要求。

進(jìn)一步搜索邊坡的潛在滑動(dòng)面可知，邊坡的潛在滑動(dòng)面范圍過大，同時(shí)抗滑樁的高度達(dá)不到要求，可以適當(dāng)增加抗滑樁的高度，以便滑動(dòng)面穿過抗滑樁中間位置。

綜上所述可知，支護(hù)條件下邊坡的潛在滑動(dòng)面并沒有生成，說明支護(hù)措施是達(dá)到了理想的支護(hù)效果，同時(shí)加固后邊坡的安全系數(shù)達(dá)到1.36，此安全數(shù)值達(dá)到了邊坡支護(hù)的目的。另一方面可知，此邊坡的潛在滑動(dòng)面較深，抗滑樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度沒有達(dá)到要求，可建議適當(dāng)增加抗滑樁的高度，使抗滑樁達(dá)到支護(hù)的效果。

3.4 數(shù)值模擬總結(jié)

從兩個(gè)方面對(duì)支護(hù)后的邊坡進(jìn)行總結(jié)，一個(gè)是位移方面，另一個(gè)是剪切應(yīng)變區(qū)域方面，總結(jié)如下：①邊坡的水平位移和整體位移均不超過20 mm，從位移的角度分析可知，支護(hù)措施是達(dá)到了控制邊坡巖土體位移的目的。②支護(hù)后邊坡的剪切應(yīng)變區(qū)域并沒有貫通，說明支護(hù)措施起到了防止邊坡進(jìn)一步破壞的目的；邊坡的安全系數(shù)也達(dá)到了工程要求，但是因潛在滑動(dòng)面較深，抗滑樁的設(shè)計(jì)高度沒有達(dá)到要求，建議適當(dāng)增加抗滑樁高度。

4 結(jié)論

結(jié)合一實(shí)際邊坡工程，采用抗滑樁+擋土墻+噴混凝土的組合支護(hù)方式，并通過數(shù)值模擬對(duì)坡體的位移和剪切應(yīng)變進(jìn)行了研究，結(jié)論如下：①邊坡的水平位移和整體位移最大值分別為7.10 mm和7.60 mm，以上數(shù)值均不超過20 mm，說明邊坡的支護(hù)在位移方面是達(dá)到了理想的要求。②邊坡的剪切應(yīng)變區(qū)并沒有貫通，安全系數(shù)為1.36，此安全系數(shù)超過1.20，由此可知邊坡的安全系數(shù)是達(dá)到了工程要求。③邊坡潛在滑動(dòng)區(qū)域過大，抗滑樁的設(shè)計(jì)高度并沒有完全穿過滑動(dòng)面，建議適當(dāng)增加抗滑樁高度，使抗滑樁發(fā)揮應(yīng)有的抗滑效果，進(jìn)一步提高邊坡的穩(wěn)定性。④以上的研究從位移和剪切應(yīng)變區(qū)域進(jìn)行了分析，并沒有考慮地震工況，此方面的研究有待進(jìn)一步深入。