肖 猛,蘇吉平,王 磊

(湖南省地質(zhì)工程勘察院, 湖南 株洲市 412003)

0 引 言

隨著我國大規(guī)?；窘ㄔO的發(fā)展,我國邊(滑)坡治理工程建設與科技水平不斷提高,新型的支擋方法與支擋結構類型不斷涌現(xiàn),穩(wěn)定分析方法與支擋結構設計計算方法迅速進步.但同時應注意到巖土力學性質(zhì)較為復雜,其變形破壞原因是多方面的,而有些變形機理到目前還處于研究探索過程.適應性極廣的數(shù)值計算方法為邊(滑)坡設計提供了技術支撐.本文以株洲市民兵裝備修理所滑坡治理為例,采用FLAC3D軟件對滑坡在多種支護形式治理下的應力和應變情況進行模擬分析,為滑坡治理后的穩(wěn)定性提供科學依據(jù).

1 滑坡治理工程地質(zhì)情況

株洲市民兵裝備修理所滑坡總體平面形態(tài)呈圈椅形,滑坡體水平投影長約32 m,前緣寬為35 m,后緣寬約14 m,面積約650 m2,滑體總方量約2600 m3.滑坡前緣已堆積到下部株洲市民兵裝備修理所的墻體附近,嚴重威脅該樓的安全.若該滑坡體再次活動,可能將該墻體毀壞,造成房屋倒塌.

勘查區(qū)及附近出露的地層主要為:第四系滑坡堆積物粉質(zhì)粘土屬滑坡堆積物硬塑以主,局部可塑,以粘性土為主,平均厚度為2 m;第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土主要為冷家溪黃滸洞板巖風化殘積而成,黃褐色,硬塑為主,夾有板巖碎塊;中元古生界冷家溪黃滸洞組巖性為板巖、砂質(zhì)板巖夾砂巖,強風化,巖質(zhì)較軟,裂隙發(fā)育,巖芯呈碎塊狀,巖層節(jié)理裂隙不太發(fā)育,宏觀上可視為連續(xù)介質(zhì)體.

根據(jù)場地滑坡工程地質(zhì)條件,設計采用適量削坡＋錨噴＋重力式擋土墻支護體系,即在滑坡后緣依原有后壁大致以1∶0.5坡率修坡,采用錨噴支護;對滑坡體按1∶3坡率削坡,植草綠化;在滑坡前緣采用重力式擋土墻支護.錨桿采用全長粘結型錨桿,錨桿直徑25 mm,布置網(wǎng)度2000 mm×2000 mm,錨固體直徑100 mm,錨固體水泥漿強度M30.坡面掛Φ8 mm×200 mm×200 mm的鋼筋網(wǎng),噴層的厚度為150 mm的C25細石砼.重力式擋土墻設置在滑坡前緣,設計墻高2.2 m,基礎埋深1.0 m.滑坡治理工程結構斷面見圖1.

圖1 滑坡治理工程結構斷面

2 數(shù)值計算模型

2.1 模型的建立

滑坡治理工程數(shù)值模擬模型寬度方向取錨桿水平間距2 m,斷面按實際設計情況建模,考慮到邊坡穩(wěn)定性計算需要,模擬巖層的范圍為擋土墻墻底自然地面以下5 m.模型的邊界處理方法是:根據(jù)半無限空間體概念約束全部節(jié)點y方向的位移,即各節(jié)點單方向約束位移;下部邊界為全約束邊界,即約束底部邊界節(jié)點x、y、z方向位移;上部邊界和x方向不約束,為自由邊界[1].采用錨桿(索)結構單元和殼結構單元分別模擬錨桿和噴射砼面層,擋土墻與巖土接觸面部位采用分界面處理.整個模型采用四面體及六面體單元,單元化分按照從模型底邊界到邊坡支護區(qū)逐漸加密的原則,巖土體共化分為9096個單元,擋土墻化分為1480個單元,錨桿與噴射砼面層共化分62個節(jié)點.單元體計算模型計算除擋土墻外均采用 Mohr—Coulo mb應變軟化準則[2G3].

2.2 物理力學參數(shù)

摩爾一庫侖模型所涉及的物理力學參數(shù)包括:體積模量、剪切模量、內(nèi)聚力、摩擦角、密度.其中,體積模量和剪切模量是由變形模量和泊松比確定.本文沒有單獨考慮鋼筋網(wǎng),而把它結合在噴射混凝土中.表1~表4分別為自上而下滑坡巖土力學參數(shù)和滑坡治理工程支護材料參數(shù)[4].

表1 滑坡巖土力學參數(shù)

表2 錨桿支護材料參數(shù)

表3 擋土墻參數(shù)

表4 噴射砼參數(shù)

3 FLAC3 D數(shù)值模擬分析

坡體在削坡并設置支擋結構后,其力學性質(zhì)發(fā)生變化.本文滑坡體治理首先模擬出支擋結構設置巖土初始應力場,然后局部進行削坡,設置擋土土墻及錨噴結構.

3.1 應力穩(wěn)定性分析

圖2反映了最大不平衡力與時間(步長)的關系[5],從圖2中可以看出,滑坡體不平衡力在變形的初期有較大幅度的調(diào)整,隨后,逐漸趨于穩(wěn)定.

圖2 最大不平衡力位移隨時步的變化率

圖3 為單元體塑性狀態(tài)圖,其中紅色表示拉伸塑性區(qū)域,黃色顯示剪切塑性區(qū)域,藍色表示穩(wěn)定區(qū)域(見電子版).從圖3中可以看出,塑性區(qū)僅位于局部區(qū)域,滑坡在綜合治理下處于穩(wěn)定狀態(tài)中.同時圖中顯示擋土墻坡角處2 m范圍內(nèi)部分巖土體外于拉伸破壞中,在實際施工過程對此部份區(qū)域需進行夯實加固處理,以防止坡角隆起.

圖3 塑性區(qū)顯示圖

圖4 為錨桿的軸向力和水泥漿的滑動狀態(tài)[6],可見加錨噴網(wǎng)支護后,圖中所有錨桿為綠色,說明都處于張拉狀態(tài),最大錨桿張拉力發(fā)生在從上到下第4根錨桿,最大張拉力為78.6 k N.監(jiān)測錨桿構件端部在水泥漿中的滑動狀態(tài)及錨桿軸向力應力分布可以看出第二根錨桿端部已處于滑動狀態(tài),而其它錨桿處于穩(wěn)定狀態(tài),說明第二根錨桿端部位于滑動面附近,第一根錨桿已在滑動面內(nèi),說明此二根錨桿作為構造用錨桿.

圖4 錨桿軸向力分布及水泥漿滑動圖

3.2 位移穩(wěn)定性分析

圖5 反映了各單元體在x方向上的位移,其中坡體上部區(qū)域及擋土墻左部區(qū)域位移量較大,最大部分位移處于坡體上部區(qū)域,最大位移量64 mm,其它區(qū)域x方向基本無位移.

圖5 x方向位移

圖6 為擋土墻頂點位移圖,從圖6中可以看出,隨著迭代時步的增加,擋土墻頂點位移逐漸穩(wěn)定在某一特定值上.這表明,擋土墻經(jīng)過變形后,最終穩(wěn)定下來,擋土墻頂點處最終位移為42 mm.

圖6 擋土墻頂點位移

4 結 論

(1)通過最大不平衡力監(jiān)測及塑性區(qū)域分析得出,塑性區(qū)僅位于局部區(qū)域,滑坡在綜合治理下處于穩(wěn)定狀態(tài)中,擋土墻坡角處施工過程需進行夯實加固處理,以防止坡角隆起.

(2)支護錨桿都處于張拉狀態(tài),最大張拉力為78.6 k N.從錨桿軸向力分布及滑動圖上分析第一、二排錨桿作用為構造用錨桿,設計中需考慮此兩根錨桿以提高抗滑安全系數(shù),建議加長錨桿長度.

(3)滑坡在綜合治理下位移變形量較小,最大部分位移處于坡體上部區(qū)域,最大位移量64 mm,擋土墻頂點處最終位移量為42 mm.

(4)建議施工時輔以監(jiān)控量測手段,以判斷滑坡體是否穩(wěn)定,從而判斷支護參數(shù)是否合理,并及時修正設計.

[1] 肖 猛,丁德馨,莫勇剛.軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性的FLAC3D數(shù)值模擬研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2007,27(01):73G75.

[2] 韓萬東,谷明宇,楊曉云,等.FLAC3D數(shù)值模擬的邊坡穩(wěn)定性[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2013,32(9):1204G1208.

[3] 劉 琳,王志國,艾立新,等.基于FLAC數(shù)值模擬的邊坡穩(wěn)定性分析[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014,30(3):62G64.

[4] 鄭穎人,陳祖煜,王恭先,等.邊坡與滑坡工程治理(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2010.

[5] 李延澤,陳鵬飛,高長志.基于FLAC3D模擬的復雜邊坡穩(wěn)定性分析[J].露天采礦技術,2014(6),25G28.

[6] 袁東進.基于FLAC3D的邊坡錨固效果及錨桿受力分析[J].人民黃河,2016,38(1):102G104.