陳晉波

摘要： 研究目的：本文通過(guò)地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，研究后排埋入式抗滑樁布置間距的差異對(duì)隧道-滑坡正交體系的影響，重點(diǎn)討論在加載和坡腳開(kāi)挖工況下，后排埋入式抗滑樁布置間距的差異對(duì)坡腳預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的樁頂水平位移和隧道應(yīng)變的影響，以及后排埋入式抗滑樁樁頂水平位移的變化趨勢(shì)。研究結(jié)論：①后排埋入式抗滑樁布置間距差異，對(duì)主滑段左半幅埋入式抗滑樁的受力狀態(tài)影響較大。②后排埋入式抗滑樁布置間距差異，對(duì)坡腳對(duì)應(yīng)部分的預(yù)應(yīng)力抗滑樁受力狀態(tài)有較大影響。③后排埋入式抗滑樁布置間距差異對(duì)隧道沿縱向應(yīng)變分布規(guī)律有較大影響；加載和坡腳開(kāi)挖對(duì)滑坡穩(wěn)定均有一定的影響。

Abstract： Research purposes： This paper mainly studies， with the Tunnel-Landslide Orthogonal system， the influence of the different distance of back row buried anti-slide piles through large geological mechanics simulation model test， and mainly analyzes that the different distances of back row buried anti-slide piles affect the displacement of the anchor anti-slide piles in the slope toe， the strain of Tunnel， and change of the displacement of back row buried anti-slide pile in two stages of the application of load and slope toe cutting. Research conclusions： In two stages of the application of load and slope toe cutting：①the different distance of back row buried anti-slide piles produce a larger influence on the left of the main section of the back row buried anti-slide piles； ②the different distance of back row buried anti-slide piles affect the force of the corresponding anchor anti-slide piles in the slope toe； ③the different distance of back row buried anti-slide piles have a great influence on the tunnel along the longitudinal strain， and the application of load and slope toe cutting affect the security and stability of landslide to some degree.

關(guān)鍵詞： 工程擾動(dòng)；隧道；滑坡；模型試驗(yàn)；應(yīng)變

Key words： engineering disturbance；tunnel；landslide；model test；strain

中圖分類(lèi)號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）24-0133-04

0 引言

我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，滑坡災(zāi)害也相應(yīng)很多，有時(shí)因客觀因素限制，隧道將不可避免地靠近甚至穿越滑坡。抗滑樁是加固滑坡的一種重要的支擋結(jié)構(gòu)[1-3]。一般情況下，在滑體適當(dāng)位置設(shè)置一排抗滑樁即可加固滑體。但當(dāng)滑體規(guī)模較大、滑坡推力巨大，設(shè)置一排抗滑樁需較大截面，成本偏高或者難以有效支擋，這時(shí)兩排或多排抗滑樁常常成為首選方案，但其合理布置型式顯得非常關(guān)鍵。因此，以上擋下托式抗滑樁作為支擋結(jié)構(gòu)，研究雙排抗滑樁布置型式的不同對(duì)隧道滑坡體系的影響是十分必要的，而且可為抗滑樁優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)穿越滑坡的隧道的受力和變形以及采用上擋下托式抗滑樁結(jié)構(gòu)加固滑坡方面等均有一定的研究，吳紅剛[4]對(duì)隧道-滑坡體系的類(lèi)型和隧道變形的模式進(jìn)行了研究。陶志平[5]等研究了穿越滑坡地段的隧道變形地質(zhì)力學(xué)模型。趙志剛[6]等對(duì)穿越滑坡的隧道綜合防治技術(shù)進(jìn)行了研究。本文主要通過(guò)在加載和坡腳開(kāi)挖兩種工況下，研究抗滑樁布置型式的差異，對(duì)隧道滑坡正交體系的影響。為了便于敘述，將布置于主滑段的左、右半幅埋入式抗滑樁統(tǒng)稱為后排抗滑樁，坡腳段預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁稱為前排抗滑樁。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本次模型試驗(yàn)采用上擋下托式抗滑樁作為支擋結(jié)構(gòu)，以細(xì)沙作為滑體材料，人工設(shè)置滑動(dòng)面，模擬在加載和坡腳開(kāi)挖工況下，結(jié)構(gòu)布置差異對(duì) “隧道-滑坡”正交體系的影響研究。重點(diǎn)研究在不同工況下：①不同位置抗滑樁的樁頂位移變化趨勢(shì)；②后排埋入式抗滑樁對(duì)前排預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的影響；③在上擋下托式結(jié)構(gòu)支護(hù)下，后排抗滑樁布置差異對(duì)隧道的應(yīng)變影響。

1.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

此次模型試驗(yàn)依托寶蘭客專(zhuān)建設(shè)工程，在試驗(yàn)工地人工搭建大型模型箱，模型箱尺寸為：長(zhǎng)960cm，寬470cm，高480cm。試驗(yàn)中抗滑樁長(zhǎng)均為1m，具體布置為：①滑坡主滑段樁為埋入式抗滑樁，其中懸臂段長(zhǎng)50cm，錨固段（埋入基巖）長(zhǎng)50cm。②坡腳段樁設(shè)為預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，錨索長(zhǎng)1m與水平軸成22度夾角，其中錨固段錨索長(zhǎng)為50cm，自由段長(zhǎng)50cm。滑坡坡面為水平傾角21°的單面斜坡，隧道埋設(shè)于滑體抗滑段。試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)面剖圖，如圖1所示：

試驗(yàn)中，上擋下托式抗滑樁布置如圖2所示：第一排樁為樁-隧道中心間距80cm的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，布置于坡腳，共布置27根樁。第二排樁為樁-隧中心間距80cm的埋入式抗滑樁，布置在滑體主滑段左側(cè)，共布置14根。第三排樁為樁-隧中心間距160cm的埋入式抗滑樁，布置在滑體主滑段右側(cè)，共布置13根。

1.3 試驗(yàn)材料的選擇

依據(jù)寶雞至蘭州客運(yùn)專(zhuān)線秦安縣境內(nèi)典型“隧道-滑坡”正交體系，結(jié)合本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ团_(tái)的尺寸，綜合選取原型與模型的幾何相似比為1：50，其余主要原型和模型材料性質(zhì)及參數(shù)選取如表1所示。

1.4 模型試驗(yàn)元件布置

本次模型試驗(yàn)，采用應(yīng)變片、百分表以及采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集儀試驗(yàn)全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。隧道埋設(shè)于抗滑段與主滑段交界處，兩端接長(zhǎng)并用石膏固結(jié)。隧道應(yīng)變片的布置方式為：沿隧道兩側(cè)縱向等間距各布置30個(gè)電阻式應(yīng)變片，共計(jì)60個(gè)（如圖3所示）。具體布置如圖3所示。

試驗(yàn)中共使用8塊百分表（如圖2所示），監(jiān)測(cè)斷面1-1、斷面2-2樁頂水平位移。其中1、2、3、4號(hào)為埋入式抗滑樁，1′、2′、3′、4′測(cè)為預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，其中監(jiān)測(cè)1、2、3、4樁樁頂位移時(shí)接長(zhǎng)50cm，并用不透水膠帶粘貼牢固。

2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)通過(guò)加載和坡腳開(kāi)挖兩個(gè)工況，研究支擋結(jié)構(gòu)布置差異（位置、間距），對(duì)隧道滑坡正交體系的影響。

2.1 加載階段

試驗(yàn)采用人工加載的方式，直接作用在預(yù)留的加載平臺(tái)上，一共加載5個(gè)等級(jí) 。每一級(jí)加載20袋沙，每沙袋重25kg，間隔半小時(shí)加載一次。圖4為第5次加載結(jié)束后，現(xiàn)場(chǎng)采集照片。

2.2 坡腳開(kāi)挖階段

坡腳開(kāi)挖采用人工開(kāi)挖方式，每隔1小時(shí)開(kāi)挖一次，每次開(kāi)挖長(zhǎng)度為20cm，一共開(kāi)挖7次。圖5為開(kāi)挖結(jié)束后的照片。

3 試驗(yàn)結(jié)果

滑體沿潛在滑動(dòng)面滑動(dòng)時(shí)，由于抗滑樁埋設(shè)位置的不同以及所用抗滑樁種類(lèi)的不同，各排抗滑樁在各個(gè)階段的受力狀態(tài)是有差別的。本文重點(diǎn)通過(guò)研究在加載和坡腳開(kāi)挖工況下，后排埋入式抗滑樁布置差異對(duì)不同位置抗滑樁樁頂位移以及隧道的應(yīng)變影響。

3.1 加載階段

3.1.1 樁頂水平位移S-t曲線圖

加載工況下，加載前、后分別記錄一次百分表數(shù)據(jù)；加載結(jié)束后 ，每半小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)。待數(shù)值穩(wěn)定后，間隔1小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)，直至試驗(yàn)完成。

從圖6中可以看出，在第一次加載結(jié)束后，1號(hào)樁和2號(hào)樁水平位移首先增大，且由于2號(hào)樁離加載平臺(tái)較近，2號(hào)樁樁頂水平位移增加幅度較大。在第二次加載結(jié)束后，雖然重量不斷增加，但因滑體底部砂礫蠕動(dòng)，滑面附近埋入式抗滑樁發(fā)生局部剪切，抗滑樁向后傾倒，樁頂位移值減小。隨后由于荷載的不斷施加，砂礫沿潛在滑動(dòng)面貫通，滑體整體下滑，埋入式抗滑樁樁頂位移較快增加。在加載完成1小時(shí)后，1號(hào)埋入式抗滑樁位移成倍增加，表明抗滑樁布置型式的差異，對(duì)抗滑樁的受力有很大影響。

從圖7中可以看出，隨著荷載的不斷施加，坡腳段預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁樁頂位移不斷增加，且由于后排埋入式抗滑樁的布置差異，1′號(hào)預(yù)應(yīng)力抗滑樁位移增長(zhǎng)幅度較快。從圖6、7可以看出，后排埋入式抗滑樁的布置差異對(duì)前排對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁樁頂位移影響較大。

3.1.2 加載階段隧道應(yīng)變曲線圖

從圖8、9中可以看出，在加載工況下，由于后兩排抗滑樁布置的差異，隧道的縱向應(yīng)變分布不再呈中間大，兩端小的變化趨勢(shì)，而是隧道局部應(yīng)變突變明顯。

總體來(lái)看，隨著荷載的不斷施加，隧道山側(cè)、河側(cè)應(yīng)變不斷增加，且山側(cè)應(yīng)變比河側(cè)要大。在加載過(guò)程中，隧道的山側(cè)應(yīng)變沿縱向變分布相似，河側(cè)應(yīng)變沿縱向分布相似。

3.2 坡腳開(kāi)挖階段

坡腳開(kāi)挖階段，開(kāi)挖前、后分別記錄一次百分表數(shù)據(jù)；坡腳開(kāi)挖結(jié)束后，每半小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)。待數(shù)值穩(wěn)定后，間隔1小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)，直至試驗(yàn)完成。

3.2.1 樁頂水平位移S-t曲線圖

從圖10中可以看出，隨著坡腳開(kāi)挖的不斷進(jìn)行，后排埋入式抗滑樁樁頭位移不斷增加，且由于后排埋入式抗滑樁布置型式的差異，1號(hào)埋入式抗滑樁位移增長(zhǎng)較快（圖10）。坡腳開(kāi)挖對(duì)滑坡穩(wěn)定有一定的影響。

從圖11中可以看出，在第一次坡腳開(kāi)挖結(jié)束后，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁位移首先增大。隨著開(kāi)挖的持續(xù)進(jìn)行，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁位移在小幅度波動(dòng)后，不斷增大。由于預(yù)應(yīng)力錨索的作用，抗滑樁樁頂位移較小。后排埋入式抗滑樁布置差異對(duì)前排預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁影響較大，表現(xiàn)為左側(cè)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁位移增長(zhǎng)迅速，受力狀態(tài)不同。

3.2.2 坡腳開(kāi)挖階段隧道應(yīng)變曲線圖

從圖12、13中可以看出，在坡腳開(kāi)挖階段，隧道山側(cè)、河側(cè)應(yīng)變隨著開(kāi)挖的不斷進(jìn)行，隧道應(yīng)變不斷增大，且山側(cè)、河側(cè)應(yīng)變沿縱向分布趨勢(shì)相近?？傮w來(lái)看，隧道局部突變明顯，山側(cè)應(yīng)變比河側(cè)要大。

4 結(jié)論

通過(guò)分析在加載和坡腳開(kāi)挖工況下，后排埋入式抗滑樁布置間距的差異，對(duì)不同位置的抗滑樁和隧道的影響，可以得出以下結(jié)論：

①后排埋入式抗滑樁布置間距差異，對(duì)主滑段左半幅埋入式抗滑樁的受力狀態(tài)影響較大；對(duì)坡腳對(duì)應(yīng)部分的預(yù)應(yīng)力抗滑樁受力狀態(tài)有較大影響；對(duì)隧道沿縱向應(yīng)變分布規(guī)律有較大影響。

②加載和坡腳開(kāi)挖對(duì)滑坡穩(wěn)定均有一定的影響。隨著荷載的不斷施加，應(yīng)變不斷增加，且山側(cè)應(yīng)變比河側(cè)要大；隨著開(kāi)挖的不斷進(jìn)行，應(yīng)變不斷增大，山側(cè)應(yīng)變比河側(cè)要大。

③針對(duì)坡體病害地段的隧道工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)維護(hù)，建議預(yù)加固工程設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇合理的樁排間距；施工中盡可能減小工程擾動(dòng)影響，盡量采用預(yù)加固工程從根源上解決問(wèn)題，切忌盲目卸載。

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