陳新民

（華東送變電工程有限公司，上海 201803）

現(xiàn)代化發(fā)展進程中，輸電線路跨越的地區(qū)較多。山區(qū)輸電線路工程中涉及塔基施工作業(yè)，其通常建設(shè)在自然斜坡上。但由于斜坡穩(wěn)定性欠佳，加之輸電線塔具備跨度大的特點，致使斜坡坡頂承受大量荷載，不利于斜坡穩(wěn)定性，甚至威脅到輸電線路的安全。因此，必須確保塔基的穩(wěn)定性，這也是影響輸電線路運輸質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

1 塔基邊坡概況

某±800kV特高壓直流輸電線路工程中使用到5535#鐵塔，具體型號為JC30152C-45型，因所處位置特殊，設(shè)置于山脊坡處。根據(jù)地質(zhì)資料得知，塔址以柏樹林居多，大部分坡度介于37～43°，特殊區(qū)域坡度達到50～60°，部分區(qū)域地質(zhì)條件特殊，為白云質(zhì)灰?guī)r。

2 塔基邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 分析方法

實踐表明，三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬具有可行性，是分析塔基邊坡穩(wěn)定性的重要技術(shù)手段，可求解控制微分方程，然后在此基礎(chǔ)上引入混合單元離散模型，更為精準(zhǔn)地模擬材料的工作狀態(tài)，如屈服、塑性流動等[1]。總體上，此方法的優(yōu)勢較多，無論是在塑性分析還是變形分析等層面都具有可行性。

2.2 計算模型

該項目設(shè)置了5535#鐵塔，對其中的A、B、C、D腿樁平面圖加以分析，得知D腿樁與邊坡的間距最小，因此將其作為分析對象。水平荷載是主要的影響因素，將直接對D腿樁帶來影響，具體為樁徑的3～4倍。創(chuàng)建三維數(shù)值計算模型，設(shè)定其尺寸為36m×30m×10m（此處指的是最大尺寸），可達到緩解模型邊界效應(yīng)的效果。剖分所得模型，產(chǎn)生的單元總量為8170個，共涉及9658個節(jié)點。

2.3 本構(gòu)模型和計算參數(shù)

掌握塔基邊坡巖土體的穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵，為之創(chuàng)建了“摩爾-庫倫”彈塑性模型。關(guān)于此處的破壞包絡(luò)線，其與拉應(yīng)力法則具有緊密關(guān)聯(lián)，但并未受到剪切流動的影響。根據(jù)該鐵塔D腿樁的實際情況，為之創(chuàng)建pile結(jié)構(gòu)單元，借助耦合彈簧的方式呈現(xiàn)出D腿樁的受力狀況，主要體現(xiàn)在垂直荷載與水平荷載兩個方面[2]。

2.4 計算工況

創(chuàng)建模型可用于分析塔基及其所在邊坡的穩(wěn)定情況，此處考慮重力作用以及壓、抗拔、水平荷載共同作用于腿樁處的穩(wěn)定情況。為便于分析，確定了兩種工況。（1）工況1：自然邊坡初始狀態(tài)模擬；（2）工況2：創(chuàng)建了pile單元，在樁結(jié)構(gòu)的頂部施加垂直荷載（具體值為3872kN），同時施加水平荷載（具體值為1066kN）。

以鐵塔實際情況為準(zhǔn)，經(jīng)計算分析后求得具體荷載值，上述所提及的荷載均建立在最不利工況的基礎(chǔ)上。

3 塔基和塔基邊坡的穩(wěn)定性分析

3.1 塔基部分

針對塔基穩(wěn)定性展開深入分析，選取的是FLAD3D軟件，在其支持下模擬塔基樁的受力情況，同時分析塔基樁及其周邊土層單元節(jié)點各自對應(yīng)的水平位移，結(jié)果如圖1所示。

圖1 塔基樁和樁周巖土層單元節(jié)點的水平位移

由上述內(nèi)容可知，因荷載作用，在一定程度上會影響塔基穩(wěn)定性。樁頂處存在位移現(xiàn)象，具體方向為向坡外向下；同時在樁端處也伴隨有位移，方向為向坡內(nèi)。相較之下，坡頂處受擾程度最為明顯，該處水平位移最大，總體位移約4.234mm；樁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了水平位移現(xiàn)象，該值最大達到4.025mm，與設(shè)計規(guī)范對比得知，該變形在許可范圍內(nèi)。除此之外，在離樁頂超過10m后，此時依然存在樁水平位移現(xiàn)象，但主要指向坡內(nèi)，結(jié)果表明最大變形量均控制在1mm以下。現(xiàn)場存在白云質(zhì)灰?guī)r，由對該處單元節(jié)點的分析得知，產(chǎn)生的水平位移均控制在0.7mm以下，后續(xù)水平位移指向坡內(nèi)，此部分的位移量都控制在0.3mm以下。

3.2 塔基邊坡的穩(wěn)定性分析

對塔基邊坡的穩(wěn)定性分析，使用到的是FLAD3D軟件，基于此方式可模擬應(yīng)力、位移的分布情況，以及產(chǎn)生破壞的各個區(qū)域。

受塔基荷載的作用，雖然邊坡初始應(yīng)力場發(fā)生變化，但幅度相對較小，樁基發(fā)揮出重要的承受作用，且應(yīng)力變化局限在樁周邊單元處，相比之下與樁位間距較大的單元依然保持原有狀態(tài)，其應(yīng)力未發(fā)生改變[3]。除此之外，樁上部向坡內(nèi)側(cè)單元，該處存在拉應(yīng)力；相比之下，樁上部向坡外側(cè)單元的應(yīng)力狀況發(fā)生明顯變化，相較于自然狀態(tài)而言其拉應(yīng)力表現(xiàn)出明顯增加的現(xiàn)象。

受塔基荷載的影響，坡頂處的狀態(tài)發(fā)生改變，出現(xiàn)了向坡外向下位移的趨勢，但并未出現(xiàn)明顯的位移現(xiàn)象。當(dāng)形成應(yīng)力荷載并作用于塔基后，產(chǎn)生了拉破壞單元，具體位置為坡頂處；相較之下，邊坡下部陡峭處并未出現(xiàn)變化，不存在破壞單元[4]。從這一現(xiàn)象來看，塔基周邊的塔頂處存在局部破壞，總體上坡頂下方的坡體狀況較好，其彈性變形現(xiàn)象控制在許可范圍內(nèi)，并未出現(xiàn)明顯的破壞區(qū)。進一步推測，地表處存在微裂隙，但并不會對邊坡的整體穩(wěn)定性造成過多的負(fù)面影響，盡管受到塔基荷載作用，依然可確保邊坡的穩(wěn)定性[5]。

為展開針對性分析，此處重點關(guān)注與塔基相距4m的坡頂區(qū)域，探討該處x方向上塔基荷載產(chǎn)生的應(yīng)力。將其與初始應(yīng)力展開對比分析，整理所得結(jié)果，具體如圖2所示。

圖2 塔基邊坡坡頂處x方向上的應(yīng)力對比

根據(jù)圖3可知，當(dāng)存在塔基荷載后，與坡頂相距0～3m的區(qū)域雖然存在應(yīng)力變化，但幅度極為微弱；與坡頂相距4～9m的區(qū)域，該處的應(yīng)力呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢，且9m深度以內(nèi)的應(yīng)力相對穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯變化[6]。因此，塔基荷載作用的最終結(jié)果表現(xiàn)為坡體局部應(yīng)力的變化，但產(chǎn)生的作用范圍較小，塔基邊坡依然處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

4 結(jié)束語

研究引入了三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬的方式，借助FLAD3D軟件針對塔基邊坡加以模擬，探尋其穩(wěn)定性，經(jīng)分析后做如下幾點總結(jié)：

（1）荷載作用是改變塔基狀況的關(guān)鍵因素，樁頂與樁端均出現(xiàn)位移現(xiàn)象，但方向有所不同，坡頂處位移總量為4.234mm。其中以樁水平位移較為明顯，該處最大值為4.025mm，但均在許可范圍內(nèi)，由此說明樁基具備有效承受塔基荷載的能力。

（2）形成塔基荷載后，致使邊坡坡頂處部分區(qū)域出現(xiàn)了應(yīng)力變化現(xiàn)象，相比之下其余區(qū)域依然保持原狀態(tài)，因此塔基荷載雖然會改變邊坡應(yīng)力，但并不具備過強的影響力，邊坡依然具備穩(wěn)定性。

（3）形成塔基荷載后，使得邊坡的部分區(qū)域存在拉破壞現(xiàn)象，主要發(fā)生于坡頂處，其他區(qū)域均未受到過多影響，未產(chǎn)生破壞區(qū)，因此荷載對于邊坡穩(wěn)定性的破壞程度極為微弱。

（4）根據(jù)文章的分析，塔基邊坡坡頂處更容易受到荷載的影響，需對該處采取加固措施，以便給特高壓直流輸電線路的穩(wěn)定運行提供保障。