摘要 為有效探究錨桿預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，提高公路邊坡防護(hù)效果，保證公路安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，文章依托某公路邊坡防護(hù)案例，通過有限元模擬，系統(tǒng)分析了不同錨桿預(yù)應(yīng)力下邊坡位移及安全系數(shù)變化規(guī)律。結(jié)果顯示：（1）錨桿預(yù)應(yīng)力損失會(huì)在一定程度上影響公路邊坡穩(wěn)定性，特別是損失量達(dá)到60%的條件下，其安全系數(shù)僅為1.079，邊坡整體欠穩(wěn)定。（2）預(yù)應(yīng)力損失相同條件下，一級(jí)邊坡安全系數(shù)降幅高于二級(jí)邊坡。（3）同級(jí)邊坡防護(hù)時(shí)，預(yù)應(yīng)力損失上排錨桿造成的邊坡位移最大，下排次之，中排最小，因此工程實(shí)踐中應(yīng)合理強(qiáng)化上、下排錨桿支護(hù)。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；邊坡工程；錨桿預(yù)應(yīng)力損失；穩(wěn)定性數(shù)值分析

中圖分類號(hào) U416.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）07-0130-03

0 引言

預(yù)應(yīng)力錨桿作為公路邊坡防護(hù)中常用的技術(shù)手段，主要是在邊坡土層內(nèi)設(shè)置拉力桿件，并施加預(yù)應(yīng)力作用，達(dá)到改變土體力學(xué)特性及增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性的目的。該支護(hù)方式具有操作簡(jiǎn)單、成本低、加固效果好等優(yōu)點(diǎn)。該文結(jié)合實(shí)際工程案例，通過有限元模型，全面探究了預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，得到了不同預(yù)應(yīng)力損失下邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律，具有重要的實(shí)踐意義[1]。

1 工程概況

某公路工程沿線地形復(fù)雜，深挖路段分布廣泛，道路建設(shè)過程中需同步完成邊坡支護(hù)工作，以確保施工安全。典型斷面支護(hù)形式，見圖1，邊坡巖層分布以粉土及粉黏土為主。邊坡防護(hù)采用三級(jí)邊坡設(shè)計(jì)，其中下部?jī)杉?jí)邊坡坡面長(zhǎng)、高依次為35 m和28 m。一、二級(jí)邊坡高全部為8 m，邊坡平臺(tái)寬為3 m，由下而上各級(jí)邊坡傾角分別為60 °、45 °、30 °。根據(jù)邊坡實(shí)際情況，確定采用錨桿+框格進(jìn)行防護(hù)，斷面各級(jí)邊坡處布置三根錨桿，桿徑32 mm，長(zhǎng)12 m，型號(hào)為HRB400，縱、橫向布設(shè)間距全部為3 m。其標(biāo)準(zhǔn)軸力為500 kN，所加預(yù)應(yīng)力全部為320 kN。

2 模型建立

2.1 PLAXIS建模

利用PLAXIS系統(tǒng)構(gòu)建邊坡模型，見圖2。模型長(zhǎng)、高分別為70 m和40 m，共劃分為1 842單元，對(duì)其底部及水平方向施加約束，通過摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型實(shí)施模擬分析[2]。邊坡土體、錨桿及混凝土框格相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，見表1～2。

2.2 驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的可行性

為檢驗(yàn)該模擬方法的準(zhǔn)確性，將模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，其中1#～6#測(cè)點(diǎn)依次分布在自上而下的錨桿部位[3]。通過比較發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)值與模擬值偏差小于10%，由此證明該模擬方法完全可行。

3 錨桿預(yù)應(yīng)力損失影響分析

為有效探究錨桿預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，通過數(shù)值模型，對(duì)錨桿預(yù)應(yīng)力損失10%～60%條件下邊坡位移及安全系數(shù)變化進(jìn)行模擬分析[4]。

3.1 邊坡位移分析

通過模擬分析，獲得預(yù)應(yīng)力損失10%～60%條件下邊坡橫向位移變化規(guī)律。結(jié)果顯示：各種預(yù)應(yīng)力損失下邊坡橫向位移變化趨勢(shì)大致相同，其中，相較于損失量10%時(shí)，60%條件下的橫向位移量較大[5]。

為進(jìn)一步探究不同預(yù)應(yīng)力損失下邊坡位移情況，通過分析獲得錨桿預(yù)應(yīng)力損失與邊坡位移變化關(guān)系，見圖3。

從圖3可知：

（1）隨著錨桿預(yù)應(yīng)力損失量越來越大，邊坡橫向、豎向及最大位移全部呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，尤其以橫向位移變化最為顯著。

（2）當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失量在40%以內(nèi)時(shí)，其橫向及最大位移增幅較小，當(dāng)其損失量超過40%后，增幅明顯增大[6]。

3.2 邊坡安全系數(shù)分析

通過數(shù)值模擬計(jì)算，獲得不同錨桿預(yù)應(yīng)力損失下邊坡安全系數(shù)變化規(guī)律，見圖4。

從圖4可知：

（1）錨桿預(yù)應(yīng)力損失越大，安全系數(shù)越小，且與預(yù)應(yīng)力損失量0%相比，損失量10%～60%條件下安全系數(shù)依次下降6.2%、12.5%、15.3%、19.4%、20.8%、25.0%。

（2）預(yù)應(yīng)力損失量60%條件下，邊坡安全系數(shù)最小，邊坡欠穩(wěn)定。

3.3 不同級(jí)錨桿預(yù)應(yīng)力損失分析

為探究各級(jí)錨桿預(yù)應(yīng)力損失下邊坡安全系數(shù)變化情況，自下而上依次編號(hào)為一、二級(jí)邊坡，通過模擬計(jì)算得到各級(jí)錨桿預(yù)應(yīng)力損失下邊坡位移變化，見圖5。

從圖5可知：

（1）隨著一級(jí)邊坡錨桿預(yù)應(yīng)力損失越來越大，邊坡體橫向、豎向位移全部呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且橫向位移變化最大，豎向較小。損失量0%、20%、40%、60%條件下的最大位移量依次為32.2 mm、33.4 mm、36.4 mm、37.1 mm，相較于損失量0%時(shí)，其他三種損失量最大位移提升幅度依次為3.7%、9.3%、15.2%。

（2）二級(jí)邊坡位移變化情況與一級(jí)邊坡基本相同，其損失量0%、20%、40%、60%條件下的最大位移量依次為32.2 mm、32.5 mm、33.1 mm、33.6 mm，相較于損失量0%時(shí)，其他三種損失量最大位移提升幅度依次為1.0%、2.8%、4.3%。

綜上可知：預(yù)應(yīng)力損失量相同條件下，一級(jí)邊坡位移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二級(jí)邊坡，所以工程實(shí)踐中應(yīng)強(qiáng)化底部邊坡支護(hù)。為進(jìn)一步比較一、二級(jí)錨桿預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度，通過計(jì)算得到損失量60%條件下的一、二邊坡安全系數(shù)分別為1.18、1.26。因此，相同預(yù)應(yīng)力損失下，一級(jí)邊坡穩(wěn)定性影響更大，所以在進(jìn)行多級(jí)邊坡防護(hù)時(shí)，應(yīng)合理強(qiáng)化底部邊坡防護(hù)[7]。

3.4 不同排錨桿預(yù)應(yīng)力損失分析

為有效探究每排錨桿預(yù)應(yīng)力損失下邊坡安全系數(shù)變化規(guī)律，選取一級(jí)邊坡為例進(jìn)行模擬分析，將其自上而下布設(shè)上、中、下三排錨桿。通過模擬計(jì)算得出：

（1）隨著錨桿預(yù)應(yīng)力損失越來越大，其橫向、豎向及最大位移全部呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且橫向位移變化最大，豎向較小[8]。其中，上排錨桿損失量0%、20%、40%、60%條件下的最大位移量依次為27.2 mm、28.6 mm、31.9 mm、35.4 mm，與損失量0%相比，其他三種預(yù)應(yīng)力損失下最大位移增加幅度依次為3.7%、17.2%、30.1%；中排錨桿損失量0%、20%、40%、60%條件下的最大位移量依次為27.2 mm、27.4 mm、27.9 mm、28.9 mm，與損失量0%相比，其他三種預(yù)應(yīng)力損失下最大位移增加幅度依次為0.7%、2.6%、6.3%；下排錨桿損失量0%、20%、40%、60%條件下的最大位移量依次為27.2 mm、28.1 mm、31.1 mm、34 mm，與損失量0%相比，其他三種預(yù)應(yīng)力損失下最大位移增加幅度依次為3.3%、14.3%、25%。

（2）為了比較上部、中部和下部三排錨索的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響，經(jīng)計(jì)算得出，在60%損失情況下，三排錨栓的安全系數(shù)分別為1.28、1.36、1.31。所以，在同樣的預(yù)應(yīng)力損失條件下，上排錨桿的預(yù)應(yīng)力損失最大，其次為下排錨桿，頂排最低，即同等級(jí)邊坡的支擋工程中，上部錨桿和下部錨桿的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊坡的穩(wěn)定有很大的影響，在工程中更應(yīng)該加強(qiáng)上、下排錨桿的錨固[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文依托某公路邊坡防護(hù)案例，通過有限元模擬，系統(tǒng)分析了不同錨桿預(yù)應(yīng)力下邊坡位移及安全系數(shù)變化規(guī)律，具體結(jié)論如下：

（1）根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)值與模擬值偏差小于10%，充分證明數(shù)值模擬方法完全可行。

（2）隨著錨桿預(yù)應(yīng)力損失越來越大，邊坡橫向、豎向及最大位移全部呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，尤其以橫向位移變化最為顯著；當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失量在40%以內(nèi)時(shí)，其橫向及最大位移增幅較小，當(dāng)其損失量超過40%后，增幅明顯增大。

（3）錨桿預(yù)應(yīng)力損失越大，安全系數(shù)越小，且預(yù)應(yīng)力損失量在60%條件下，邊坡安全系數(shù)最小，其值為1.079，該條件下邊坡欠穩(wěn)定。

（4）預(yù)應(yīng)力損失相同條件下，一級(jí)邊坡位移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二級(jí)邊坡，表明預(yù)應(yīng)力損失對(duì)一級(jí)邊坡穩(wěn)定性影響更大，所以在進(jìn)行邊坡防護(hù)時(shí)，應(yīng)合理強(qiáng)化底部邊坡防護(hù)。

（5）在同樣的預(yù)應(yīng)力損失條件下，同級(jí)邊坡上排的預(yù)應(yīng)力損失最大，其次是下部錨索，最后是中間錨索。這說明在同等級(jí)邊坡的支擋結(jié)構(gòu)中，上下排錨桿的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊坡的穩(wěn)定有很大的影響，所以在工程中，更應(yīng)加強(qiáng)上、下排錨桿的錨固效果。

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