劉群麗

(廣東城華工程咨詢有限公司，廣州 510660)

1 概 述

對(duì)于地質(zhì)條件情況復(fù)雜的邊坡工程，其加固措施的選擇對(duì)邊坡穩(wěn)定性有著關(guān)鍵作用，工程設(shè)計(jì)中，通常采用小間距多排樁的加固方式，實(shí)現(xiàn)該類邊坡在使用年限內(nèi)的穩(wěn)固可靠。

為了研究其對(duì)邊坡的加固效果，許多學(xué)者對(duì)多種工況條件下抗滑樁加固后的邊坡進(jìn)行了研究。劉坤等[1]對(duì)我國2022年北京冬奧會(huì)用于滑雪項(xiàng)目修建的高填方賽道進(jìn)行了抗滑樁加固條件下的數(shù)值研究，結(jié)果表明不進(jìn)行抗滑樁加固，滑雪賽道在暴雨和地震條件下將會(huì)出現(xiàn)變形量大和穩(wěn)定性低的情況，而抗滑樁的應(yīng)用解決了這一問題。李濤等[2]通過建立縮尺模型，分別對(duì)不同樁間距時(shí)抗滑樁治理滑坡時(shí)樁體和附近隧道的受力特征進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究，結(jié)果表明隨著樁間距增大，同等荷載條件下，樁體和附近隧道的應(yīng)力隨之增大；而同等樁間距條件下，隨著荷載增大，樁體和附近隧道的應(yīng)力也隨之增大。馮玉濤等[3]針對(duì)堆積體形成陡斜坡，以某高速公路邊坡工程為研究對(duì)象，從影響穩(wěn)定性條件的差異性角度對(duì)堆積體陡斜坡的安全穩(wěn)定性進(jìn)行了深入的分析探討。結(jié)果表明陡斜坡地形地貌坡度、坡腳的特殊臨空特點(diǎn)、坡頂上的人為堆載是該類堆積體斜坡發(fā)生變形破壞、進(jìn)而呈現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)的關(guān)鍵因素，應(yīng)采取針對(duì)性處治措施，避免上述可能存在的問題，或?qū)ι鲜鰡栴}進(jìn)行處理。梁志榮等[4]通過南京實(shí)際山地環(huán)境下的一處建筑邊坡，研究了山地環(huán)境中邊坡的加固設(shè)計(jì)方法，結(jié)果表明采用多排抗滑樁的加固方式能夠有效加固邊坡，提高其抗滑穩(wěn)定性，對(duì)不同的滑坡模式均有較好治理能力。鄧方明等[5]針對(duì)高達(dá)30～50 m且處于山區(qū)以及下方為河流碼頭的順層巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性加固措施采用Geo-slope軟件進(jìn)行了研究，結(jié)果表明組合式設(shè)計(jì)加固措施“格構(gòu)錨索+抗滑樁”的支護(hù)結(jié)構(gòu)在滑面上的抗力越大，產(chǎn)生的增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性的作用就越強(qiáng)。李新哲等[6]針對(duì)抗滑樁加固位置的確定方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明基于滑帶應(yīng)力分析建立的抗滑樁加固位置確定方法確定的抗滑樁布置位置能夠很好地提高安全系數(shù)，起到理想的加固效果。徐青等[7]針對(duì)邊坡條間法向作用力的計(jì)算方法較為有限的問題，通過自編程序?qū)eo-SLOPE/W模塊進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了多方法計(jì)算條間法向作用力，結(jié)果表明該方法應(yīng)用于工程實(shí)際中是合理而有效的。呂韶全等[8]通過地基的極限承載力方面的理論方法，對(duì)抗滑樁土拱效應(yīng)進(jìn)行了研究，獲得了一種新的力學(xué)分析方法，專門用于計(jì)算土拱效應(yīng)。王鵬斌等[9]采用的數(shù)值分析的手段，對(duì)門架式抗滑樁的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化方法和抗滑樁樁身的變形特征開展了分析研究，結(jié)果表明門架式抗滑樁樁間距和樁排距的設(shè)置對(duì)最后的變形有重要影響，應(yīng)分別設(shè)置在范圍是3 D～5 D和3 D～4 D的區(qū)間。李煥煥等[10]對(duì)烏江東岸高填方導(dǎo)致的堆積體邊坡的幾何形狀和荷載情況發(fā)生變化后帶來的穩(wěn)定性不確定問題進(jìn)行了支護(hù)措施研究，結(jié)果表明采用組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)“抗滑群樁+扶壁式擋墻”的加固方式后，穩(wěn)定性明顯提高，為類似工程的設(shè)計(jì)提供了樣板。

上述研究成果均未涉及與土體內(nèi)力相關(guān)的問題，而抗滑樁對(duì)邊坡的加固效果，在土體內(nèi)力的相互作用關(guān)系中體現(xiàn)明顯。因此，本文結(jié)合某山區(qū)土體加固的實(shí)際邊坡工程，從土條間相互作用力的研究角度，采用Geo-studio軟件對(duì)排樁加固邊坡后的邊坡穩(wěn)定問題進(jìn)行研究。

2 工程概況

該實(shí)體邊坡位于廣東省西部山區(qū)，邊坡橫剖面見圖1。構(gòu)成邊坡的各層材料主要有新近紀(jì)風(fēng)化土、軟質(zhì)巖和硬質(zhì)巖組成，各層巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

圖1 邊坡橫剖面圖

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

3 數(shù)值模擬

3.1 模型的建立

采用Geostudio軟件，根據(jù)實(shí)體邊坡模型尺寸進(jìn)行建模分析。其中，設(shè)計(jì)采用四排樁進(jìn)行加固，樁間距為2 m，按照實(shí)際邊坡模型的坡度進(jìn)行建模分析。

四排樁基的位置布置見圖2。樁基采用打入固定端的承載模式，按照設(shè)計(jì)嵌入基巖深度5 m進(jìn)行數(shù)值建模，樁的強(qiáng)度為400 kPa，樁排距為2.5 m，樁間距為2 m，采用矩形界面樁，樁的截面慣性矩(IY和IZ)為5.55×103m4，設(shè)計(jì)有效剪切力為其自身強(qiáng)度的最大值400 kPa。在模擬中，抗滑樁作為一種加固荷載存在[11-12]。

圖2 抗滑樁分布特征圖

3.2 法向壓應(yīng)力和切向剪應(yīng)力

計(jì)算結(jié)果圖見圖3。土條間相互作用的法向作用力隨著x坐標(biāo)的變化趨勢(shì)見圖4。

由圖3可知，經(jīng)過排樁的加固后，該工程邊坡變得十分穩(wěn)定。其失穩(wěn)滑面僅為近表層土體部位，說明下部抗滑樁加固起到很好的效果，同時(shí)說明樁的強(qiáng)度能夠?qū)崿F(xiàn)在該類邊坡的有效加固。

圖3 求解分析結(jié)果圖

圖4 土條間法向力隨x變化圖

由圖4可知，土條間的法向力先增大后減小，增大段較短，減小段較長。因此，曲線在上升階段的斜率較大，表明邊坡在近坡頂位置處的土體相互之間的推擠作用較強(qiáng)，說明土體有明顯的向右側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，最大值為209 kN，對(duì)應(yīng)土條的x坐標(biāo)值為16.9 m。越過該極大值后，土條間的法向力逐漸變小，變化曲線隨著x值的增大而降低，但曲線斜率較小，說明排樁起到了很好的抗滑作用。

由圖5土條間的切向力隨x值的變化趨勢(shì)可知，土條間的切向力先增大后減小，增大段較短，減小段較長。因此，曲線在上升階段的斜率較大，表明邊坡在近坡頂位置處的土體相互之間的推擠作用較強(qiáng)，說明土體有明顯的向右側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，最大值為43.6 kN，對(duì)應(yīng)土條的x坐標(biāo)值為22.3 m。越過該極大值后，土條間的切向力逐漸變小，變化曲線隨著x值的增大而降低，但曲線斜率較小，說明排樁起到了很好的抗滑作用。

圖5 基底總正應(yīng)力隨x變化圖

4 結(jié) 論

通過對(duì)山區(qū)某邊坡在排樁加固條件下的土條間作用力分析研究，獲得排樁加固邊坡后土體內(nèi)力變化特征，結(jié)論如下：

1) 隨x值的增大，土條間的法向力先增大后減小，增大段較短，減小段較長。邊坡在近坡頂位置處的土體相互之間的推擠作用較強(qiáng)，而隨著排樁發(fā)揮作用，土條間的法向力逐漸變小。

2) 土條間的切向力有著與法向力相似的變化趨勢(shì)，曲線斜率在上升階段較大，下降階段較小，表明排樁發(fā)揮了很好的抗滑作用。

3) 邊坡土體間的作用力復(fù)雜，詳細(xì)分析了排樁加固邊坡土體中土條間相互作用力隨著x坐標(biāo)的變化趨勢(shì)。