蔣小權(quán)

摘要：本文以杜家溝1號順層巖質(zhì)深路塹邊坡為研究背景，該邊坡自然狀況下穩(wěn)定系數(shù)為0.93，穩(wěn)定性差。因此，提出了“抗滑樁與錨桿加固”“重力式抗滑擋土墻與錨桿加固”“擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固”三種加固方法，并采用FLAC3D對不同的加固方法進(jìn)行了模擬分析。經(jīng)過分案對比分析，“重力式抗滑擋土墻與錨桿加固”方案效果最優(yōu)，可以保證邊坡的長期穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：順層巖質(zhì)邊坡；FLAC3D模擬；加固方案對比

Analysis of Reinforcement Method for DUJIAGOU Bedding Rock Slope

Jiang-Xiao quan

Guangxi Communications Design Group， Nanning 530029

Abstract： Based on the research background of DUJIAGOU No.1 bedding rock deep cutting slope， the stability coefficient of the slope under natural condition is 0.93， and the stability is poor. Therefore， three reinforcement methods are put forward： "anti slide pile and bolt reinforcement"， "gravity anti slide retaining wall and bolt reinforcement"，"retaining wall， anti slide pile and bolt joint reinforcement". FLAC3Dis used to simulate and analyze different reinforcement methods. After the comparative analysis of different cases， the scheme of "gravity anti slide retaining wall and bolt reinforcement" has the best effect， which can ensure the long-term stability of the slope.

Key words： bedding rock slope；FLAC3Dsimulation；comparison of reinforcement schemes

我國是一個(gè)滑坡多發(fā)的國家，在滑坡地質(zhì)災(zāi)害中，順層滑坡發(fā)生的概率最大。順層滑坡的發(fā)生產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人員傷亡[1，4]。本文以杜家溝1號順層巖質(zhì)邊坡為例，在分析了該邊坡的穩(wěn)定性后，提出了不同的加固措施，并采用FLAC3D模擬軟件對其進(jìn)行了模擬分析，提出最終的加固方案。

1.研究區(qū)工程地質(zhì)條件及穩(wěn)定性分析

1.1研究區(qū)工程地質(zhì)條件

杜家溝1號順層巖質(zhì)邊坡位于湖北省竹山縣城關(guān)鎮(zhèn)杜家溝村境內(nèi)，路塹從順層巖質(zhì)邊坡底部通過。邊坡平均寬約為130m，縱向長約200m，順層巖質(zhì)邊坡體潛在滑體的面積約18850m2，體積約113000m3，屬中小型滑坡。研究區(qū)的地層巖性主要為古生界志留系絹云母片巖，巖層產(chǎn)狀15°～35°∠25°～40°，地層產(chǎn)狀總體與山坡呈順向坡，航片顯示巖層傾角小于順層巖質(zhì)邊坡坡角，因此發(fā)生大規(guī)模巖層順層巖質(zhì)邊坡的可能性較大。該順層邊坡因修建高速公路，開挖邊坡前緣，又因暴雨天氣，邊坡的后緣產(chǎn)生明顯的拉裂隙，危及邊坡的穩(wěn)定性。

1.2邊坡穩(wěn)定性分析

運(yùn)用FLAC3D對邊坡進(jìn)行建模分析，分析可得：邊坡開挖以后，如果不對邊坡進(jìn)行加固，邊坡將沿著潛在滑動面滑動，邊坡的前緣變形較大，達(dá)到4.42m，邊坡已經(jīng)發(fā)生滑動，后緣產(chǎn)生拉裂縫，實(shí)際勘察中邊坡后緣確實(shí)產(chǎn)生了拉裂縫，如果后期發(fā)生降水、振動等原因弱化潛在滑面的強(qiáng)度，造成滑面的進(jìn)一步貫通，將會加速滑坡的滑移。同時(shí)，采用FLAC3D自帶的極限平衡法計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，結(jié)果為0.93，穩(wěn)定性極差，急需治理。

2.邊坡模型的建立

2.1模型建立

本論文采用AUTOCAD、ANSYS、FLAC3D多種應(yīng)用軟件，建立模型。首先，在AUTOCAD中勾畫整個(gè)模型的構(gòu)造輪廓和計(jì)算范圍，確定關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)和位置；接著通過轉(zhuǎn)換程序?qū)AD圖導(dǎo)入ANSYS軟件中，并建立三維模型，按照要求最終生成網(wǎng)格；最后，通過第三方軟件將ANSYS模型中的節(jié)點(diǎn)和單元信息文件生成FLAC3D的腳本文件，然后導(dǎo)入FLAC3D中，并在FLAC3D中建立物理模型[2，5]，圖1為邊坡開挖前原地貌模型，圖2為杜家溝順層巖質(zhì)邊坡模型。三維計(jì)算模型的約束條件為：上表面不采取約束（即自由邊界）；底面采取3個(gè)方向的位移約束（固定約束）；其余4個(gè)邊界面均為單向位移約束邊界。

2.2模型參數(shù)的選取

通過各種勘察手段（鉆孔、取樣、原位測試）、室內(nèi)試驗(yàn)以及參考同類型順層巖質(zhì)邊坡物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)合區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值，提出模型建立時(shí)順層巖質(zhì)邊坡主要物理力學(xué)的基本值。

①滑體土重度

滑體重度：根據(jù)室內(nèi)測試滑體強(qiáng)風(fēng)化絹云母片巖天然重度取22.0 KN/m3，飽和重度22.5 KN/m3，碎石土的天然重度取19.6 KN/m3，飽和重度取20.1KN/m3。

②滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)

該滑坡體發(fā)生過一次滑坡位移，滑帶土主要為強(qiáng)風(fēng)化絹云母片巖，平均值（天然狀態(tài)下C=14.5KPa、φ=9.0°，飽和狀態(tài)下C=12KPa、φ=8°。

3.邊坡加固數(shù)值模擬

為了防止邊坡在開挖過程中，坡面發(fā)生較大位移，在對順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行削方放坡時(shí)，用錨桿對邊坡進(jìn)行加固，改善剪應(yīng)力的分布狀況，防止開挖過程中邊坡發(fā)生滑坡和崩塌[3]。在FLAC3D中錨桿采用cables單元，間距為2m，布置了6排，邊坡底部布置1排錨桿加固位置如圖3所示。

3.1抗滑樁與錨桿加固

根據(jù)現(xiàn)場抗滑樁的加固位置進(jìn)行布置，樁長24m，嵌固段長6m，采用pile單元，共設(shè)8根抗滑樁，間距為8m，樁徑為2.0m×5.0m，樁身采用C30混凝土。

抗滑樁與錨桿共同加固后的邊坡縱向位移云圖如圖4所示，邊坡最大縱向位移發(fā)生在邊坡的抗滑樁加固部位，最大值為309.03mm，說明了抗滑樁在邊坡下滑時(shí)起到了加固作用?？够瑯杜c錨桿共同加固后的邊坡水平位移最大值發(fā)生在抗滑樁加固的下方，最大值為388.47mm，說明了抗滑樁下面的邊坡體還是會發(fā)生較大的水平位移，抗滑樁能夠很好地加固抗滑樁上部的邊坡體，對抗滑樁下部邊坡加固效果較差，如圖4所示。經(jīng)計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.23<1.3，穩(wěn)定性不好，需要加強(qiáng)加固防護(hù)。

3.2重力式抗滑擋土墻與錨桿加固

在坡腳邊設(shè)置重力式擋墻，墻高8m，寬3m，采用shell單元進(jìn)行模擬，墻身采用C30混凝土澆筑，密度為23KN/m3，彈性模量為25×109Pa，泊松比為0.2。

由圖5所示，重力式抗滑擋土墻與錨桿聯(lián)合加固后的縱向位移最大值為58.34mm，位于坡頂；坡頂處的水平位移最大，最大為71.33mm。擋土墻與錨桿聯(lián)合加固能進(jìn)一步控制變形的發(fā)生，且邊坡的變形主要集中在邊坡的坡頂，通過采取一些坡面的防護(hù)，減小邊坡對公路的影響。從位移云圖對比可知，擋土墻與錨桿聯(lián)合加固后的治理效果明顯比抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固的效果好。此時(shí)計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為2，穩(wěn)定性好，能夠保證邊坡的長期穩(wěn)定性。

3.3擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固

為了更好地保證邊坡的穩(wěn)定性，采用擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合對邊坡進(jìn)行加固，布置和上述一致，計(jì)算后的位移云圖如下所示。

擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固后，邊坡的縱向位移最大值為104.24mm，位于邊坡抗滑樁的位置，與擋土墻與錨桿聯(lián)合加固相比，縱向位移由坡頂轉(zhuǎn)移到抗滑樁的位置，導(dǎo)致抗滑樁處縱向位移增大，但是坡腳處的縱向位移較小，（見圖6）；擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固后，邊坡的水平位移最大值為69.75mm，其值位于抗滑樁處，坡腳處的水平位移較小，說明擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固對控制坡腳處的位移比擋土墻與錨桿聯(lián)合加固效果好。此時(shí)計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為2.08，穩(wěn)定性好，能夠保證邊坡的長期穩(wěn)定性。

4.不同加固方式比較分析

為了防止邊坡在開挖過程中出現(xiàn)滑坡和崩塌，分級開挖時(shí)，在一定部位布置錨桿，特別破碎的地方可以采取注漿加固。經(jīng)過數(shù)值軟件模擬可知，采用抗滑樁和錨桿對邊坡進(jìn)行聯(lián)合加固時(shí)，邊坡最大縱向位移發(fā)生在邊坡的抗滑樁加固部位，最大值為309.03mm，說明了抗滑樁在邊坡下滑時(shí)起到了加固作用?？够瑯杜c錨桿共同加固后的邊坡水平位移最大值發(fā)生在抗滑樁加固的下方，最大值為388.47mm，說明了抗滑樁下面的邊坡體還會發(fā)生較大的水平位移，抗滑樁能夠很好地加固抗滑樁上部的邊坡體，對抗滑樁下部邊坡加固效果較差；經(jīng)計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.23，邊坡的穩(wěn)定性差，此加固方案不合適，需改變邊坡加固方案。

采用重力式抗滑擋土墻與錨桿對邊坡進(jìn)行聯(lián)合加固，邊坡的變形得到控制，重力式抗滑擋土墻與錨桿聯(lián)合加固后的縱向位移最大值為58.34mm，位于坡頂；由擋土墻與錨桿聯(lián)合加固后的水平位移所知，坡頂處的水平位移最大，最大為71.33mm。擋土墻與錨桿聯(lián)合加固能進(jìn)一步控制變形的發(fā)生，且邊坡的變形主要集中在邊坡的坡頂，通過采取一些坡面的防護(hù)，能夠減小邊坡對公路的影響。從位移云圖對比可知，擋土墻與錨桿聯(lián)合加固后的治理效果明顯比抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固的效果好；經(jīng)計(jì)算此時(shí)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為2.0，邊坡穩(wěn)定性好，而且變形不大，故采取重力式抗滑擋土墻與錨桿的加固方式可以預(yù)防邊坡發(fā)生較大滑動。

為了避免施工階段發(fā)生滑坡和崩塌，保證邊坡的長期穩(wěn)定性，采取擋土墻、抗滑樁和錨桿對邊坡進(jìn)行聯(lián)合加固，經(jīng)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，與采取重力式抗滑擋土墻和錨桿的加固方案相比，邊坡變形并沒有發(fā)生太大的變化，穩(wěn)定性系數(shù)相差也不大。故從穩(wěn)定性上看，采取擋土墻、抗滑樁和錨桿的聯(lián)合加固方案與重力式抗滑擋土墻和錨桿的聯(lián)合加固方案相比差別不大；從經(jīng)濟(jì)上看，采取重力式抗滑擋土墻與錨桿聯(lián)合加固的方案更加經(jīng)濟(jì)。

綜上所述，杜家溝順層巖質(zhì)邊坡在加固方面，采取重力式抗滑擋土墻與錨桿聯(lián)合加固的方案，能夠保證邊坡的長期穩(wěn)定性。

5.結(jié)論

本文以杜家溝1號順層巖質(zhì)深路塹邊坡為研究背景，在該邊坡穩(wěn)定性不符合要求的情況下，提出了“抗滑樁與錨桿加固”“重力式抗滑擋土墻與錨桿加固”“擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固”三種加固方法，并采用FLAC3D對不同的加固方法進(jìn)行了模擬分析，對比分析得出下列結(jié)論：

（1）抗滑樁與錨桿加固；經(jīng)過加固后，縱向位移最大值為309.03mm，水平向位移最大值為388.47mm。加固后邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.23<1.3，穩(wěn)定性不好，需要加強(qiáng)加固防護(hù)。

（2）重力式抗滑擋土墻與錨桿加固：經(jīng)過加固后，縱向位移最大值為58.34mm，位于坡頂，水平向位移最大值為71.33mm，位于坡頂。加固后邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為2，穩(wěn)定性較好，能夠保證邊坡的長期穩(wěn)定性。

（3）擋土墻、抗滑樁與錨桿聯(lián)合加固：邊坡的縱向位移最大值為104.24mm，位于邊坡抗滑樁的位置，邊坡的水平位移最大值為69.75mm，位于抗滑樁處。加固后邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為2.08，穩(wěn)定性好，能夠保證邊坡的長期穩(wěn)定性。

（4）經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后，該順層邊坡，采用重力式抗滑擋土墻與錨桿聯(lián)合加固可以達(dá)到最優(yōu)效果，能夠保證邊坡的長期穩(wěn)定性。

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