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        抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響分析

        2022-11-17 10:55:34賴柳軍
        西部交通科技 2022年9期
        關鍵詞:水平

        賴柳軍

        (柳城縣交通運輸局,廣西 柳州 545200)

        0 引言

        抗滑樁作為一種常用的邊坡加固方式,在工程中得到了廣泛應用。朱泳、代凌輝等[1-2]基于強度折減法,采用有限元模擬的方法分析了影響抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性的因素,并重點對抗滑樁的樁身受力、樁身變形進行了研究。王振軍、馬志勇[3-4]以抗滑樁加固邊坡為研究對象,重點探討了影響其作用發(fā)揮的因素,研究表明抗滑樁的位置、樁身長度及樁身彈性模量等具有重要的影響,設計時應充分考慮。唐迎春、李海波[5-6]通過建立土質(zhì)階梯型邊坡抗滑樁計算模型,分析了抗滑樁位置、樁土力、附加荷載對邊坡穩(wěn)定性的影響,并推導得到了抗滑樁加固階梯型邊坡安全系數(shù)的表達式。曹文軒、王張軍等[7-8]以抗滑樁加固邊坡為研究對象,采用有限元軟件研究了抗滑樁加固邊坡的效果,重點分析了抗滑樁加固邊坡的位移和安全系數(shù),結(jié)果可為類似工程中抗滑樁設計提供參考。本文主要以某巖質(zhì)邊坡開挖支護工程為研究對象,采用ABAQUS軟件建模,重點分析了抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡效果,進行參數(shù)影響分析,并對預應力錨索抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡效果進行了驗算,研究結(jié)果可為預應力錨索抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡工程提供參考。

        1 工程概況

        某邊坡地處西南地區(qū),有擬建道路通過,需要對一側(cè)坡體做挖方處置,該地區(qū)巖質(zhì)主要為強風化花崗巖,情況如圖1所示。擬采用抗滑樁錨索支護方式,錨索與水平面夾角取30°,施加預應力,長度取24 m,其中錨固段長10 m,設計3排錨桿,每排間距取3.0 m,左右間距取3.5 m,注漿層厚度取130 mm,錨索由4根直徑為15.2 mm的鋼絞線組成??够瑯冻叽鐬椋洪L3 m×寬2 m,長邊和寬邊分別位于側(cè)面和正面。采用C30混凝土現(xiàn)澆施工方式。

        圖1 巖質(zhì)邊坡斷面圖

        2 數(shù)值建模

        圖2所示為巖質(zhì)邊坡計算模型圖,模型長、寬、高分別取100 m、20 m、60 m,除模型上邊界外,其他邊界均進行位移和邊界約束。邊坡采用C8D8網(wǎng)格建立,土體采用摩爾-庫侖模型,樁體采用彈性模型。下頁表1為土體的物理力學參數(shù),表2為抗滑樁的物理力學參數(shù)。

        圖2 數(shù)值模型圖

        表1 土體的物理力學參數(shù)表

        表2 抗滑樁的力學參數(shù)表

        3 抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡分析

        為探索影響抗滑樁加固效果的因素,本節(jié)主要分析抗滑樁位置、樁長以及樁水平間距的影響。

        3.1.1 抗滑樁位置影響分析

        為了分析抗滑樁不同位置的影響,如圖3所示,共設置四種不同抗滑樁位置工況,采用強度折減法進行分析。

        圖3 抗滑樁四種工況示意圖

        如圖4所示,給出了四種工況下抗滑樁加固邊坡水平位移云圖。由圖4可知,抗滑樁不同位置時邊坡水平位移存在差異,工況三效果最佳,其次是工況二,最差的是工況一。

        (a)工況一

        (b)工況二

        (c)工況三

        (d)工況四

        為了更加直觀地分析抗滑樁不同位置對邊坡的穩(wěn)定性影響,測出不同抗滑樁位置下邊坡最大水平位移監(jiān)測值如圖5所示。由圖5可知,工況一至工況四對應的邊坡最大水平位移分別為48.31 mm、44.15 mm、38.46 mm、45.23 mm,即抗滑樁位于第三級邊坡坡腳時,邊坡的水平位移最小。

        圖6所示為巖質(zhì)邊坡不同抗滑樁位置下邊坡安全系數(shù)。由圖6可知,工況一至工況四對應的邊坡安全系數(shù)分別為1.142、1.206、1.273、1.185,這與邊坡位移所反映的規(guī)律一致,即當抗滑樁位于第三級邊坡坡腳時,邊坡的安全系數(shù)最大,加固效果最好,設計時可以通過合理設計抗滑樁位置來增加邊坡的穩(wěn)定性。

        圖5 不同抗滑樁位置下邊坡最大水平位移曲線圖

        圖6 不同抗滑樁位置下邊坡安全系數(shù)曲線圖

        3.1.2 抗滑樁樁長影響分析

        圖7所示為邊坡最大水平位移隨抗滑樁樁長的變化曲線。由圖7可知,隨著抗滑樁樁長的增加,邊坡最大水平位移逐漸減小,相比于抗滑樁樁長取12 m時,抗滑樁樁長取14 m、16 m、18 m、20 m時邊坡最大水平位移分別減小了4.4%、8.2%、10.9%、11.9%。

        圖7 邊坡最大水平位移隨抗滑樁樁長變化曲線圖

        為了直觀分析抗滑樁樁長變化對邊坡穩(wěn)定性的影響,圖8繪出了邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁樁長的變化曲線。由圖8可知,隨著抗滑樁樁長的增加,邊坡安全系數(shù)逐漸增大,相比于抗滑樁樁長取12 m時,抗滑樁樁長取14 m、16 m、18 m、20 m時邊坡安全系數(shù)分別增大了3.3%、6.6%、8.3%、9.1%。

        圖8 邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁樁長變化曲線圖

        綜上可知,通過增加抗滑樁樁長可以增大邊坡的穩(wěn)定性,但隨著抗滑樁樁長的持續(xù)增加,當樁長超過18m時,繼續(xù)增加樁長使得邊坡安全系數(shù)增幅變得緩慢,同時會導致施工成本增加,因此應合理設計抗滑樁樁長。

        3.1.3 抗滑樁水平間距影響分析

        圖9所示為邊坡最大水平位移隨抗滑樁水平間距的變化曲線。由圖9可知,隨著抗滑樁水平間距的增大,邊坡最大水平位移逐漸增大,相比于抗滑樁水平間距取4 m時,抗滑樁水平間距取5 m、6 m、7 m、8 m時邊坡最大水平位移分別增大了0.6%、1.9%、5.1%、9.1%。

        圖9 邊坡最大水平位移隨抗滑樁水平間距變化曲線圖

        為了直觀分析抗滑樁水平間距變化對邊坡穩(wěn)定性的影響,下頁圖10所示為邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁水平間距的變化曲線。由圖10可知,隨著抗滑樁水平間距的增大,邊坡安全系數(shù)逐漸減小,相比于抗滑樁水平間距取4 m時,抗滑樁水平間距取5 m、6 m、7 m、8 m時邊坡安全系數(shù)分別減小了0.4%、1.4%、3.8%、8.0%。

        綜上可知,增大抗滑樁水平間距會導致邊坡的穩(wěn)定性下降,當樁間距較小時,邊坡穩(wěn)定性隨抗滑樁樁間距增大變化不明顯;當樁間距>6 m時,繼續(xù)增大樁間距,邊坡安全系數(shù)迅速降低,因此設計時應合理設計樁間距,以保證工程的經(jīng)濟性。

        圖10 邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁水平間距變化曲線圖

        4 預應力錨索抗滑樁加固效果分析

        單一的抗滑樁加固邊坡能力有限,可以采用預應力錨索+抗滑樁的形式加固邊坡。由前文可知,抗滑樁在第三級邊坡坡腳位置時,加固效果最佳,本節(jié)即以抗滑樁位于第三級邊坡坡腳位置、樁長取18 m、樁間距取6 m為例。采用預應力錨索支護,錨索和注漿錨固段的力學參數(shù)如表3所示,錨桿施加預應力500 kN,布設形式如圖11所示。

        表3 錨索和注漿錨固段的力學參數(shù)表

        由圖11可知,采用預應力錨索抗滑樁加固后邊坡最大安全系數(shù)為1.54,相比于單一抗滑樁加固時,邊坡安全系數(shù)增大了約21%。由此可知,采用預應力錨索抗滑樁加固方法效果要優(yōu)于單一抗滑樁加固方法。

        5 結(jié)語

        本文主要以某巖質(zhì)邊坡開挖支護為研究對象,采用ABAQUS建模,重點分析了抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡效果并進行參數(shù)影響分析,對預應力錨索抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡效果進行了驗算,得到以下結(jié)論:

        (1)抗滑樁位于第三級邊坡坡腳時,邊坡的安全系數(shù)最大,加固效果最好,設計時可以通過合理設計抗滑樁位置來增加邊坡的穩(wěn)定性。

        (2)通過增加抗滑樁樁長可以增大邊坡的穩(wěn)定性,但隨著抗滑樁樁長的持續(xù)增加,當樁長>18 m時,繼續(xù)增加樁長使得邊坡安全系數(shù)增幅變得緩慢,同時會導致施工成本增加,因此應合理設計抗滑樁樁長。

        (3)增大抗滑樁水平間距會導致邊坡的穩(wěn)定性下降,當樁間距較小時,邊坡穩(wěn)定性隨抗滑樁樁間距增大變化不明顯;當樁間距>6 m時,繼續(xù)增大樁間距,邊坡安全系數(shù)迅速降低,因此設計時應合理設計樁間距,以保證工程的經(jīng)濟性。

        (4)采用預應力錨索抗滑樁加固后邊坡最大安全系數(shù)為1.54,相比于單一抗滑樁加固時,邊坡安全系數(shù)增大了約21%,即采用預應力錨索抗滑樁加固方法效果要優(yōu)于單一抗滑樁加固方法。

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