劉 中 帥

(1.蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶400067)

抗滑鍵加固渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡模擬研究

劉 中 帥1,2

(1.蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶400067)

基于渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡垮塌事件，采用FLAC-3D模擬軟件建立了順層巖質(zhì)邊坡抗滑鍵加固前后的模擬模型，設(shè)立3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)采集了順層巖質(zhì)邊坡抗滑鍵加固前后的位移、剪應(yīng)力等參數(shù)。模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，邊坡加固前處于非穩(wěn)定狀態(tài)，屬于牽引式破壞模式，并具有突發(fā)性。邊坡采用抗滑鍵加固后位移等值線圖顯示得出，沿結(jié)構(gòu)面變形轉(zhuǎn)為邊坡沿臨空面的圓弧型變形，結(jié)構(gòu)面上的剪應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯消失。加固后的監(jiān)測(cè)位移和模擬位移對(duì)比得出，邊坡變形量較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)，抗滑鍵加固措施具有較好的支擋效果。

道路工程；抗滑鍵；數(shù)值模擬；順層巖質(zhì)邊坡

0 引 言

順層巖質(zhì)邊坡是指巖層傾向、巖層傾角與坡面傾角接近或一致的巖質(zhì)邊坡。工程開(kāi)挖引起高速公路順層巖質(zhì)邊坡變形破壞在西南地區(qū)十分常見(jiàn)，并對(duì)公路施工和運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。目前，對(duì)于整治順層巖質(zhì)邊坡的工程技術(shù)措施較多，如抗滑樁、錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、擋土墻等，但采用抗滑鍵治理順層巖質(zhì)邊坡較為少見(jiàn)，其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法以及施工完成后的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法尚未成熟。因此，研究抗滑鍵結(jié)構(gòu)加固順層巖質(zhì)邊坡對(duì)山區(qū)公路施工和營(yíng)運(yùn)具有迫切意義。

目前，關(guān)于順層巖質(zhì)邊坡的治理措施研究較為廣泛，如王發(fā)玲等[1]運(yùn)用彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)全場(chǎng)黏結(jié)型錨桿加固順層巖質(zhì)邊坡的機(jī)制進(jìn)行了研究，提出了新的錨桿加固順層巖質(zhì)邊坡的力學(xué)模型；劉煥存等[2]針對(duì)增北路順層巖質(zhì)滑坡，提出了格構(gòu)錨拉擋墻和混凝土立柱擋墻聯(lián)合支護(hù)方法，取得了較好地經(jīng)濟(jì)效益；代云山[3]介紹了樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu)治理順層巖質(zhì)邊坡的方法，驗(yàn)證得出其具有安全性和適用性；李安洪等[4]總結(jié)提出了順層巖質(zhì)邊坡路塹邊坡的分類及8種破壞模式，并給出了治理順層巖質(zhì)邊坡的加固措施；王秒等[5]認(rèn)為以應(yīng)力強(qiáng)度因子作為巖體的壓剪破壞判據(jù)解釋順層巖質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的抗震加固機(jī)制，能較好地解釋汶川地震邊坡破壞特點(diǎn)；龔文惠等[6]采用有限元方法對(duì)滬蓉西高速公路深切順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了模擬分析，得出抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu)可有效抑制順層邊坡的變形和滑動(dòng)；彭正華等[7]提出了層狀巖體高切坡的4種主要破壞模式，并提出了相應(yīng)的防護(hù)措施，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)高切坡的工程防護(hù)具有一定的指導(dǎo)作用；徐衛(wèi)亞等[8]通過(guò)滑石板順層巖質(zhì)邊坡后緣裂縫貫通和巖體力學(xué)參數(shù)問(wèn)題的探討，提出了3種加固方案；洪文忠等[9]以貴州省某高速公路順層邊坡為例，采用離散元軟件模擬開(kāi)挖后邊坡在未支護(hù)條件下的穩(wěn)定性和變形特征，并提出了綜合防治建議；陶連金等[10]針對(duì)某大型高速公路順層滑坡，模擬了錨樁加固下邊坡穩(wěn)定性狀況；汪勇等[11]基于有限元軟件MIDAS/GTS模擬分析了錨桿加固順層巖質(zhì)邊坡前后位移、塑性破壞區(qū)以及安全系數(shù)的變化；柳治國(guó)等[12]將錨索與抗滑樁應(yīng)用于順層巖質(zhì)邊坡治理中，取得了較好的治理效果。而關(guān)于抗滑鍵在順層巖質(zhì)邊坡中的應(yīng)用報(bào)道較少，如何思明等[13]系統(tǒng)地研究了帶抗滑鍵擋土墻的設(shè)計(jì)理論，給出了帶抗滑鍵擋土墻設(shè)計(jì)的新方法；熊治文[14]探討了深埋式抗滑樁樁身受力分布規(guī)律、深埋樁承擔(dān)的滑坡推力與樁頂埋深之間的關(guān)系及其適用條件；辛建平等[15]將強(qiáng)度折減法與有限差分程序相結(jié)合，提出了基于彈塑性模型的微型抗滑樁破壞機(jī)制?？够I結(jié)構(gòu)計(jì)算方法以及加固后的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法尚處于發(fā)展階段，諸多問(wèn)題仍需要進(jìn)行深入探討。

筆者基于渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡垮塌事件，采用有限差分軟件FLAC-3D模擬了順層巖質(zhì)邊坡采用抗滑鍵加固前后的變形規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)而評(píng)價(jià)抗滑鍵支擋順層巖質(zhì)邊坡的治理效果，研究成果對(duì)于抗滑鍵結(jié)構(gòu)的邊坡治理評(píng)價(jià)和工程應(yīng)用推廣具有指導(dǎo)意義。

1 渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡工程概況

1.1 地理位置與環(huán)境

渝黔高速公路位于重慶市及貴州湛江，全長(zhǎng)134 km，項(xiàng)目總投資58.7億元。渝黔高速道路寬24.5 m，雙向四車道。渝黔路RK 1 058+600段多為路塹邊坡，高約15～40 m。邊坡采用1∶0.5放坡處理，坡腳采用格架護(hù)坡處理。2014年4月28日，坡體中部產(chǎn)生少量垮塌，4月29日邊坡繼續(xù)產(chǎn)生大量垮塌，邊坡不穩(wěn)定巖塊全部垮塌，最大塊體4 m×4.5 m×4.5 m，總垮塌約3 000 m3，導(dǎo)致渝黔高速雙向封閉，邊坡塌垮長(zhǎng)度75 m。若邊坡繼續(xù)垮塌將危及道路施工周期，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 氣象與水文

順層巖質(zhì)邊坡工程區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛。常年平均氣溫17.5～18.5 ℃，最冷月(一月)平均氣溫6.5 ℃，極端最高氣溫42.9 ℃(2006年8月16日)，極端最低氣溫-3.1 ℃(1992年2月16日)。常年平均降雨量1 378.3 mm，最大年平均降雨量達(dá)1 532.3 mm(1998年)，降雨多集中在5～9 月，占全年降雨量的69%，最大日降雨量266.6 mm(2007年7月17日)。邊坡工程場(chǎng)地除北側(cè)農(nóng)田中有少量積水外，無(wú)其它地表水體。

1.2.2 地形、地貌

邊坡坡角約為63°，坡高在雷神店大橋橋頭處40 m左右，向重慶方向坡高逐漸降低至12 m左右。邊坡坡頂平緩上升，坡頂上自然邊坡坡角在5°～10°之間。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造上屬于東溪背斜北東翼。區(qū)域巖層產(chǎn)狀50°∠27°，單斜產(chǎn)出。但在垮塌部位為砂泥巖接觸帶，泥巖層面產(chǎn)狀傾向北偏，傾角變陡，具體產(chǎn)狀：62°∠40°。砂巖裂隙主要發(fā)育有3組：②裂隙L1：產(chǎn)狀185°∠65°；②裂隙L2：產(chǎn)狀210°∠65°；④裂隙L3：產(chǎn)狀62°∠20°，其貫通性好，無(wú)充填，裂面平整，切穿整個(gè)上部砂巖層，間距2～10 m。另外坡頂發(fā)育有2組陡傾卸荷裂隙，卸荷裂隙L4：產(chǎn)狀160°∠80°；卸荷裂隙L5：產(chǎn)狀90°∠86°。延伸長(zhǎng)15～25 m不等。其貫通性好，無(wú)充填，裂面平整，切穿整個(gè)上部砂巖層，間距2～5 m。現(xiàn)狀發(fā)育卸荷帶寬度在15～25 m。

1.2.4 地層巖性

邊坡場(chǎng)地內(nèi)多被第四系全新統(tǒng)土層覆蓋，陡坎部位可見(jiàn)基巖出露，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)的泥巖及砂巖。

成分主要由砂巖碎塊石組成，塊石粒徑30～450 cm，含量80%～90%，道路左側(cè)崩積體堆積區(qū)，結(jié)構(gòu)松散，厚度為1.50 m～9.50 m。

粉質(zhì)黏土：在坡頂大面積分布于沖溝和農(nóng)田之中，呈黃褐色和褐色，呈可塑狀。

3)侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)基巖

據(jù)地表調(diào)查及鉆探揭露，場(chǎng)地基巖為泥巖及砂巖。

泥巖：紫紅色。暗紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，局部含砂質(zhì)團(tuán)塊和薄層砂質(zhì)條帶。鉆孔揭露單層厚度為4.50 m(ZK9)～19.40 m(ZK4，未揭穿)，為場(chǎng)地主要巖層。

砂巖：灰色、灰白色和局部紫灰色，細(xì)粒-中粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。主要礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石、云母等，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)。

1.3 邊坡變形破壞情況

2014年4月28日，邊坡中部砂巖受節(jié)理裂隙切割后，沿泥巖面發(fā)生崩滑失穩(wěn)，垮塌方量約為1 000 m3，垮塌體為大塊狀砂巖，最大塊體體積>60 m3，失穩(wěn)后邊坡中部砂巖塊體產(chǎn)生厚度8 m左右的臨空面，如圖1。邊坡坡面順節(jié)理裂隙面出現(xiàn)斜向重慶方向卸荷裂隙，與砂巖層面和節(jié)理裂隙共同組合切割下，致使邊坡中部砂巖形成隔離體，隨時(shí)可能滑動(dòng)失穩(wěn)。

圖1 邊坡全景(2014年4月28日)Fig.1 Full view of slope(on April 28,2014)

2014年4月29日凌晨2點(diǎn)左右，邊坡中部砂巖塊體順泥巖接觸面進(jìn)一步崩滑失穩(wěn)，垮塌方量約為2 000 m3，如圖2。同時(shí)在坡頂發(fā)現(xiàn)卸荷裂隙分布，坡面堆積數(shù)塊垮塌塊體，在邊坡上部形成危巖塊體，存在進(jìn)一步失穩(wěn)的可能。

圖2 邊坡崩塌體(2014年4月29日)Fig.2 Collapsed rock mass of slope(on April 29,2014)

2014年4月30日，為保證通車時(shí)過(guò)往行人和車輛的安全，保障施工過(guò)程中人員和設(shè)備安全，開(kāi)展對(duì)危巖體的爆破清除工作，清除方量約為300 m3。在坡頂爆破過(guò)程中發(fā)現(xiàn)貫穿深度約為4 m的卸荷裂隙，卸荷裂隙尚未貫穿至泥巖接觸面。爆破部分危巖體后，改善了上部危巖對(duì)施工安全的隱患。

邊坡崩滑后在坡面上形成了砂巖危巖體，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，一旦后緣卸荷裂隙貫通，在大氣降雨的不斷影響下，崩滑面強(qiáng)度值將不斷降低。如不及時(shí)治理，將危巖體進(jìn)一步被切割分離，并在崩滑面發(fā)生剪切破壞，形成二次崩滑失穩(wěn)災(zāi)害，對(duì)道路運(yùn)行安全威脅極大。且一旦失穩(wěn)，將導(dǎo)致渝黔高速公路時(shí)間持續(xù)斷路，將給渝黔兩地的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)極大干擾。因此，為保障道路通行安全，保障社會(huì)安定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，失穩(wěn)災(zāi)害永久性治理工程仍然是非常緊迫和必要的。

1.4 支擋措施

渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡工程經(jīng)方案比選，在順層邊坡坡腳打設(shè)圓柱形抗滑鍵，如圖3?？够I可提供較強(qiáng)的抗力，防止邊坡進(jìn)一步垮塌?？够I截面直徑為1 m，抗滑鍵長(zhǎng)6 m，埋深2 m，抗滑鍵的施工完成后，可在一定程度上改善砂巖危巖體的穩(wěn)定性。但抗滑鍵的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法尚未成熟，并且應(yīng)用尚未普及，需結(jié)合監(jiān)控措施，可臨時(shí)性保障治理工程施工過(guò)程中的安全和道路通行安全。

圖3 渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡工程地質(zhì)剖面及抗滑鍵結(jié)構(gòu)Fig.3 Engineering geologic section and anti-slide structure of bedding rock slope in Yuqian Expressway

1.5 順層巖質(zhì)邊坡監(jiān)測(cè)情況

為了實(shí)時(shí)觀測(cè)邊坡變形情況和抗滑鍵施工完成后邊坡穩(wěn)定情況，項(xiàng)目進(jìn)行了“應(yīng)急搶險(xiǎn)階段監(jiān)測(cè)”和“施工完成后監(jiān)測(cè)”?！皯?yīng)急搶險(xiǎn)監(jiān)測(cè)階段”主要開(kāi)展對(duì)失穩(wěn)邊坡的監(jiān)測(cè)，獲取邊坡的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，在出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警，同時(shí)保證搶險(xiǎn)施工人員的安全和下方高速公路運(yùn)營(yíng)的安全?！笆┕ね瓿珊蟊O(jiān)測(cè)”主要針對(duì)抗滑鍵施工完成后觀測(cè)邊坡變形情況，保證施工質(zhì)量，防治邊坡發(fā)生新的破壞。

兩個(gè)階段監(jiān)測(cè)采用了遠(yuǎn)程“云眼”監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，共在邊坡表面設(shè)立了3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖4。分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)①、監(jiān)測(cè)點(diǎn)②、監(jiān)測(cè)點(diǎn)③，分別對(duì)應(yīng)云眼101-1、云眼101-2和云眼101-3。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可定期獲取砂巖前緣表面變形數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行施工前穩(wěn)定性判別和施工完成后的加固效果。

圖4 渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置Fig.4 Engineering monitoring points arrangement diagram of bedding rock slope in Yuqian Expressway

2 模型建立

為了研究施工前渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡變形破壞規(guī)律以及施工完成后抗滑鍵支擋效果，采用FLAC-3D模擬軟件分別對(duì)施工前后進(jìn)行了模擬模型建立，模型尺寸如圖5。模型主要有上部的砂巖地層、下部泥巖地層以及結(jié)構(gòu)面組成。采用CAD作圖，導(dǎo)入ANSYS軟件，再轉(zhuǎn)接入FLAC-3D的方式。對(duì)施工前邊坡模型和抗滑鍵加固邊坡模型劃分網(wǎng)格，分別如圖6、圖7。

圖5 模型尺寸(單位：m)Fig.5 Model dimension figure

圖6 加固前順層巖質(zhì)邊坡網(wǎng)格劃分Fig.6 Mesh generation of bedding rock slope before being reinforced

圖7 順層巖質(zhì)邊坡抗滑鍵加固網(wǎng)格劃分Fig.7 Mesh generation of bedding rock slope after reinforced by anti-slide pile

模擬采用的本構(gòu)模型為Mohr-Coulomb模型。圖6和圖7的中的砂巖、泥巖以及結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。為了便于對(duì)比分析，模型運(yùn)算時(shí)對(duì)圖4中的3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位移進(jìn)行采集記錄。

表1 模型中砂巖、泥巖以及結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)

3 模擬結(jié)果對(duì)比分析

3.1 加固前邊坡變形規(guī)律

圖8、圖9和圖10分別是順層巖質(zhì)邊坡加固前監(jiān)控點(diǎn)①、監(jiān)控點(diǎn)②和監(jiān)控點(diǎn)③的監(jiān)測(cè)位移與模擬位移曲線。從邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，監(jiān)控點(diǎn)①、監(jiān)控點(diǎn)②、監(jiān)控點(diǎn)③的監(jiān)測(cè)位移均表現(xiàn)出在短時(shí)間內(nèi)急劇增大，經(jīng)歷一個(gè)緩慢增長(zhǎng)階段，然后再迅速加大，最終快速趨于一穩(wěn)定值。監(jiān)控點(diǎn)①的位移穩(wěn)定值為1.15 cm，監(jiān)控點(diǎn)②的位移穩(wěn)定值為1.22 cm，監(jiān)控點(diǎn)③的位移穩(wěn)定值為2.69 cm。監(jiān)控點(diǎn)1位于邊坡坡腳砂巖地層與泥巖地層接觸的結(jié)構(gòu)面終點(diǎn)，受砂巖和泥巖的約束作用，位移值小于位移臨空面監(jiān)控點(diǎn)②的位移值，同時(shí)監(jiān)控點(diǎn)②的位移值亦小于監(jiān)控點(diǎn)③的位移值。

從圖8的模擬位移曲線得知，模擬邊坡位移變化曲線與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，短時(shí)間內(nèi)急劇增大，后期加速增大，后趨于一穩(wěn)定值。唯一不相同的是監(jiān)控點(diǎn)①、監(jiān)控點(diǎn)②監(jiān)測(cè)位移曲線經(jīng)歷一個(gè)緩慢增長(zhǎng)過(guò)程，而監(jiān)控點(diǎn)①、監(jiān)控點(diǎn)②模擬位移曲線經(jīng)歷一個(gè)降低再顯著增加的過(guò)程。這是由于砂巖和泥巖的結(jié)構(gòu)面主要產(chǎn)生剪切位移，當(dāng)位移達(dá)到一定值后，由于FLAC-3D變形網(wǎng)格的連續(xù)性阻礙了結(jié)構(gòu)面的變形進(jìn)程，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面前緣發(fā)生向下的位移，進(jìn)而帶動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)②的變形位移。當(dāng)網(wǎng)格變形受力較大時(shí)，改變了網(wǎng)格原有的形態(tài)，位移再極速增大，呈現(xiàn)出后續(xù)急劇增大的現(xiàn)象。而對(duì)于圖8(c)的監(jiān)控點(diǎn)③的監(jiān)測(cè)位移和模擬位移，曲線是基本相似的。

圖8 加固前邊坡各監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)測(cè)位移與模擬位移曲線Fig.8 Monitoring displacement and simulation displacement of monitoring point before and after slope was reinforced

對(duì)于3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)測(cè)位移和模擬位移，最大位移值相差不大，監(jiān)控點(diǎn)最小位移為1.15 cm，最大位移達(dá)2.69 cm。雖然3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的位移值與最大位移穩(wěn)定，但不代表邊坡趨于穩(wěn)定，因?yàn)镕LAC-3D無(wú)法產(chǎn)生破壞的網(wǎng)格，因此，對(duì)于堅(jiān)硬的巖質(zhì)邊坡，2.69 cm的位移足以使邊坡產(chǎn)生垮塌。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控過(guò)程中也發(fā)生了順層巖質(zhì)邊坡垮塌的現(xiàn)象，渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡處于非穩(wěn)定狀態(tài)，急需加以支擋治理。

從監(jiān)測(cè)位移和模擬位移可以發(fā)現(xiàn)，位移曲線在短時(shí)間內(nèi)急劇增大，經(jīng)歷一個(gè)緩慢增長(zhǎng)階段，然后再迅速加大，最終快速趨于一個(gè)穩(wěn)定值的現(xiàn)象較為顯著。從中可知，順層巖質(zhì)邊坡在降雨及下部臨空的條件下發(fā)生急劇變形，受后部巖體的抗拉強(qiáng)度作用產(chǎn)生緩慢增長(zhǎng)現(xiàn)象。當(dāng)邊坡抗拉強(qiáng)度無(wú)法承受巖體變形帶來(lái)的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生突發(fā)性破壞。因此，可得出此邊坡屬于牽引式順層巖質(zhì)邊坡，破壞具有突發(fā)性。

3.2 抗滑鍵加固后邊坡治理效果評(píng)價(jià)

3.2.1 加固前后邊坡位移等值線圖對(duì)比分析

圖9為邊坡加固前位移等值線圖。從中可以發(fā)現(xiàn)，坡體變形整體向坡下，變形在坡腳區(qū)域較為集中，并沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生顯著位移。如圖10，邊坡采用抗滑鍵加固后，邊坡位移等值線圖發(fā)生明顯地向上偏轉(zhuǎn)。在坡腳加固的抗滑鍵，阻擋了邊坡的進(jìn)一步滑移變形，順層邊坡僅能在臨空面方向發(fā)生變形。因此，在圖10中可以發(fā)現(xiàn)順層邊坡圓弧型位移等值線圖，而沒(méi)有圖9中的結(jié)構(gòu)面處的剪切位移變形。因此，抗滑鍵有效地遏制了順層邊坡沿結(jié)構(gòu)面的剪切位移，支擋了順層邊坡，防止邊坡進(jìn)一步滑移變形。

圖9 加固前邊坡位移等值線Fig.9 Displacement contour map before the slope was reinforced

圖10 加固后邊坡位移等值線Fig.10 Displacement contour map after the slope was reinforced

3.2.2 加固前后邊坡剪應(yīng)力等值線圖對(duì)比分析

圖11 加固前邊坡剪應(yīng)力等值線Fig.11 Shear stress contour map before the slope was reinforced

圖11和圖12分別為邊坡加固前后的剪應(yīng)力等值線圖。圖11和圖12顯示：加固前邊坡沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生較大的位移，在結(jié)構(gòu)面處產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，尤其在坡腳尖端和前緣結(jié)構(gòu)面處較為顯著。而加固后的邊坡剪應(yīng)力等值線圖卻無(wú)顯著的剪應(yīng)力集中現(xiàn)象，表明抗滑鍵的加固起到了作用。

圖12 加固后邊坡剪應(yīng)力等值線Fig.12 Shear stress contour map after the slope was reinforced

3.2.3 加固后邊坡變形規(guī)律

為了檢驗(yàn)抗滑鍵施工效果，將3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)測(cè)位移和模擬位移進(jìn)行對(duì)比分析。發(fā)現(xiàn)，如圖13～圖15，監(jiān)測(cè)位移與模擬位移基本相似，模擬效果較好，3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位移曲線均表現(xiàn)出緩慢增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，其坡腳監(jiān)控點(diǎn)①和監(jiān)控點(diǎn)②位移值均較小，最大位移值為監(jiān)控點(diǎn)③的3.5 mm，滿足工程需求，抗滑鍵結(jié)構(gòu)能較好地支擋順層巖質(zhì)邊坡。

圖13 加固后邊坡監(jiān)控點(diǎn)①監(jiān)測(cè)位移與模擬位移曲線Fig.13 Monitoring displacement and simulation displacement of monitoring point ① after slope was reinforced

圖14 加固后邊坡監(jiān)控點(diǎn)②監(jiān)測(cè)位移與模擬位移曲線Fig.14 Monitoring displacement and simulation displacement of monitoring point ② after slope was reinforced

4 結(jié) 論

1)建立了渝黔高速公路順層巖質(zhì)邊坡抗滑鍵加固前后的FLAC-3D模型，設(shè)立3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)采集了順層巖質(zhì)邊坡抗滑鍵加固前后的位移、剪應(yīng)力等參數(shù)，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，邊坡加固前最大位移達(dá)到2.69 cm，處于非穩(wěn)定狀態(tài)，得出邊坡屬于牽引式破壞模式，并具有突發(fā)性。

2)邊坡采用抗滑鍵加固后位移等值線圖由沿結(jié)構(gòu)面變形轉(zhuǎn)為邊坡沿臨空面的圓弧型變形。結(jié)構(gòu)面上的應(yīng)力集中明顯消失。加固后的監(jiān)測(cè)位移和模擬位移對(duì)比得出邊坡變形量較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)，抗滑鍵加固措施具有較好的支擋效果。

[1] 王發(fā)玲,劉才華,龔哲. 順層巖質(zhì)邊坡錨桿支護(hù)機(jī)制研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2014, 33(7): 1465-1470. WANG Faling, LIU Caihua, GONG Zhe. Mechanisms of bolt support for bedding rock slopes[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2014, 33(7): 1465-1470.

[2] 劉煥存,孫鳳玲,魏海濤,等. 增北路順層巖質(zhì)滑坡治理工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(10): 2122-2127. LIU Huancun, SUN Fengling, WEI Haitao, et al. Design and practice of Zengbei road consequent bedding rock slope treatment engineering[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2013, 32(10): 2122-2127.

[3] 代云山. 樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu)在順層巖質(zhì)邊坡治理中的應(yīng)用與研究[J]. 鐵道勘察, 2010(1): 28-31. DAI Yunshan. Application and discussion on pile-wall composite structure in control of bedding rock slope[J].RailwayInvestigationandSurveying, 2010(1): 28-31.

[4] 李安洪,周德培,馮君. 順層巖質(zhì)路塹邊坡破壞模式及設(shè)計(jì)對(duì)策[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2009, 28(增刊1): 2915-2921.LI Anhong, ZHOU Depei, FENG Jun. Failure modes of bedding rock cutting slope and design counter measures[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering,2009,28(Sup1):2915-2921.

[5] 王秒,李海波,劉亞群,等. 順層巖質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索抗震加固機(jī)制研究[J]. 巖土力學(xué), 2013, 34(12): 3555-3560. WANG Miao, LI Haibo, LIU Yaqun, et al. Reinforcement mechanism of bedding rock slopes with prestressed anchor cable subjected to seismic loads[J].RockandSoilMechanics, 2013, 34(12): 3555-3560.

[6] 龔文惠,劉志華,潘登. 深切順層巖質(zhì)邊坡的抗滑樁支護(hù)效果分析[J]. 公路, 2008,53(12): 4-7.

GONG Wenhui, LIU Zhihua, PAN Deng. Analysis of effect of deep-cut bedding rock slope supported with anti-slide piles[J].Highway, 2008,53(12): 4-7.

[7] 彭正華,蘇昌,江亞鳴,等. 三峽庫(kù)區(qū)層狀巖體高切坡的工程防護(hù)研究[J]. 土工基礎(chǔ), 2011, 25(2): 3-7. PENG Zhenghua, SU Chang, Jiang Yaming, et al. Engineering protection study of layered rock mass high-cut slope in the Three Gorges Reserboir[J].SoilEngineeringandFoundation, 2011, 25(2): 3-7.

[8] 徐衛(wèi)亞,周家文,石崇,等. 滑石板順層巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性及加固措施研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2008, 27(7): 1423-1435. XU Weiya, ZHOU Jiawen, SHI Chong, et al. Investigation on slope stability and reinforcement method of Huashiban high rock bedding slope[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2008, 27(7): 1423-1435.

[9] 洪文忠. 某高速公路順層軟巖邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性分析及支護(hù)方案研究[J]. 公路, 2013,58(11): 36-39. HONG Wenzhong. Analysis for excavation stability of bedding soft rock slope of some expressway and research on supporting scheme[J].Highway, 2013,58(11): 36-39.

[10] 陶連金,沈小輝,王開(kāi)源,等. 某大型高速公路滑坡穩(wěn)定性分析及錨樁加固的模擬研究[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報(bào), 2012, 20(2): 259-265. TAO Lianjin, SHEN Xiaohui, WANG Kaiyuan, et al. Stability analysis and supporting effect modeling of a large scale landslide on highway[J].JournalofEngineeringGeology, 2012, 20(2): 259-265.

[11] 汪勇,皮崇斌. 基于有限元法的順層巖質(zhì)邊坡錨桿加固穩(wěn)定性分析[J]. 土工基礎(chǔ), 2013, 27(6): 41-46. WANG Yong, PI Chongbin. Stability analysis of rock anchored syncline slope using finite element method[J].SoilEngineeringandFoundation, 2013, 27(6): 41-46.

[12] 柳治國(guó), 譚捍華, 張家新. 錨索與抗滑樁在順層巖質(zhì)邊坡治理中的應(yīng)用[J]. 公路工程, 2008, 33(3): 14-17. LIU Zhiguo, TAN Hanhua, ZHANG Jiaxin. Application of anchorage cable and anti-sliding pile on treatment of bedding rock slope[J].HighwayEngineering, 2008, 33(3): 14-17.

[13] 何思明,朱平一,張小剛. 帶抗滑鍵的擋土墻設(shè)計(jì)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2003, 22(7): 1211-1215. HE Siming, ZHU Pingyi, ZHANG Xiaogang. Design of retaining walls with anti-slide tie[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2003, 22(7): 1211-1215.

[14] 熊治文. 深埋式抗滑樁的受力分布規(guī)律[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2000, 21(1): 48-56. XIONG Zhiwen. Force distribution rule of deeply buried anti-slide pile[J].ChinaRailwayScience, 2000, 21(1): 48-56.

[15] 辛建平,鄭穎人,唐曉松. 基于彈塑性模型的微型抗滑樁破壞機(jī)制研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2014, 33(增刊2): 4113-4121. XIN Jianping, ZHENG Yingren, TANG Xiaosong. Research on failure mechanism of anti-sliding micropiles based on elastoplastic model[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2014, 33(Sup2): 4113-4121.

(責(zé)任編輯 朱漢容)

Simulation Study on Bedding Rock Slope Reinforced by Anti-Slide Pile in Yuqian Expressway

LIU Zhongshuai1,2

(1.School of Traffic and Transportation, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070，Gansu, P.R. China; 2.China Merchants Chongqing Communications Technology Research & Design Institute Co., Ltd, Chongqing 400067, P.R.China)

Based on the event of bedding rock slope collapse occurred in Yuqian Expressway ,a simulation model simulating bedding rock slope before and after being reinforced was established by simulation software FLAC-3D and parameters such as deformation and shear stress were collected from three monitoring points established. After the simulation results and site monitored data were compared, it was found that the side slope was in unstabilized condition before being reinforced and belonged to pull-type failure model and was of nature of sudden failure.After the anti-pile was applied for reinforcement the displacement contour diagram showed that the deformation along structure surface turned into arc deformation along free face of the slope, and shear stress concentration phenomenon in structure surface disappeared obviously. By comparing the monitored displacement after the reinforcement with simulated displacement it is obtained that the slope deformation is less and is in stabilized state, which proves the sound supporting effect of the anti-slide pile measure taken up.

highway ehgineering; antii-slide pile; numerical simulation; bedding rock slope

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.02.09

2015-11-16；

2016-04-13

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAK09B00)；重慶市青年科技人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(cstc2014kjrci-qnrc30004)

劉中帥(1985—)，男，河北邢臺(tái)人，工程師，碩士，主要從事公路高邊坡設(shè)計(jì)與咨詢方面的工作。E-mail：liuzhongshuai@cmhk.com。

TU411.3

A

1674-0696(2017)02- 049- 06