杜家溝順層巖質邊坡加固方法的分析

蔣小權

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

關鍵詞：順層巖質邊坡；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

我國是一個滑坡多發的國家，在滑坡地質災害中，順層滑坡發生的概率最大。順層滑坡的發生產生巨大的經濟損失，甚至造成人員傷亡[1，4]。本文以杜家溝1號順層巖質邊坡為例，在分析了該邊坡的穩定性后，提出了不同的加固措施，并采用FLAC3D模擬軟件對其進行了模擬分析，提出最終的加固方案。

1.研究區工程地質條件及穩定性分析

1.1研究區工程地質條件

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

1.2邊坡穩定性分析

運用FLAC3D對邊坡進行建模分析，分析可得：邊坡開挖以后，如果不對邊坡進行加固，邊坡將沿著潛在滑動面滑動，邊坡的前緣變形較大，達到4.42m，邊坡已經發生滑動，后緣產生拉裂縫，實際勘察中邊坡后緣確實產生了拉裂縫，如果后期發生降水、振動等原因弱化潛在滑面的強度，造成滑面的進一步貫通，將會加速滑坡的滑移。同時，采用FLAC3D自帶的極限平衡法計算出邊坡的穩定系數，結果為0.93，穩定性極差，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多種應用軟件，建立模型。首先，在AUTOCAD中勾畫整個模型的構造輪廓和計算范圍，確定關鍵點的坐標和位置；接著通過轉換程序將CAD圖導入ANSYS軟件中，并建立三維模型，按照要求最終生成網格；最后，通過第三方軟件將ANSYS模型中的節點和單元信息文件生成FLAC3D的腳本文件，然后導入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為杜家溝順層巖質邊坡模型。三維計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個方向的位移約束（固定約束）；其余4個邊界面均為單向位移約束邊界。

2.2模型參數的選取

通過各種勘察手段（鉆孔、取樣、原位測試）、室內試驗以及參考同類型順層巖質邊坡物理力學參數，結合區域經驗值，提出模型建立時順層巖質邊坡主要物理力學的基本值。

①滑體土重度

滑體重度：根據室內測試滑體強風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滑帶土抗剪強度參數

該滑坡體發生過一次滑坡位移，滑帶土主要為強風化絹云母片巖，平均值（天然狀態下C=14.5KPa、φ=9.0°，飽和狀態下C=12KPa、φ=8°。

3.邊坡加固數值模擬

為了防止邊坡在開挖過程中，坡面發生較大位移，在對順層巖質邊坡進行削方放坡時，用錨桿對邊坡進行加固，改善剪應力的分布狀況，防止開挖過程中邊坡發生滑坡和崩塌[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

根據現場抗滑樁的加固位置進行布置，樁長24m，嵌固段長6m，采用pile單元，共設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。經計算邊坡的穩定性系數為1.23<1.3，穩定性不好，需要加強加固防護。

3.2重力式抗滑擋土墻與錨桿加固

在坡腳邊設置重力式擋墻，墻高8m，寬3m，采用shell單元進行模擬，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。擋土墻與錨桿聯合加固能進一步控制變形的發生，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，減小邊坡對公路的影響。從位移云圖對比可知，擋土墻與錨桿聯合加固后的治理效果明顯比抗滑樁與錨桿聯合加固的效果好。此時計算出邊坡的穩定性系數為2，穩定性好，能夠保證邊坡的長期穩定性。

3.3擋土墻、抗滑樁與錨桿聯合加固

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

擋土墻、抗滑樁與錨桿聯合加固后，邊坡的縱向位移最大值為104.24mm，位于邊坡抗滑樁的位置，與擋土墻與錨桿聯合加固相比，縱向位移由坡頂轉移到抗滑樁的位置，導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、抗滑樁與錨桿聯合加固對控制坡腳處的位移比擋土墻與錨桿聯合加固效果好。此時計算出邊坡的穩定性系數為2.08，穩定性好，能夠保證邊坡的長期穩定性。

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滑坡和崩塌，分級開挖時，在一定部位布置錨桿，特別破碎的地方可以采取注漿加固。經過數值軟件模擬可知，采用抗滑樁和錨桿對邊坡進行聯合加固時，邊坡最大縱向位移發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；經計算邊坡的穩定性系數為1.23，邊坡的穩定性差，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行聯合加固，邊坡的變形得到控制，重力式抗滑擋土墻與錨桿聯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。擋土墻與錨桿聯合加固能進一步控制變形的發生，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，能夠減小邊坡對公路的影響。從位移云圖對比可知，擋土墻與錨桿聯合加固后的治理效果明顯比抗滑樁與錨桿聯合加固的效果好；經計算此時邊坡的穩定性系數為2.0，邊坡穩定性好，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防邊坡發生較大滑動。

為了避免施工階段發生滑坡和崩塌，保證邊坡的長期穩定性，采取擋土墻、抗滑樁和錨桿對邊坡進行聯合加固，經數值模擬發現，與采取重力式抗滑擋土墻和錨桿的加固方案相比，邊坡變形并沒有發生太大的變化，穩定性系數相差也不大。故從穩定性上看，采取擋土墻、抗滑樁和錨桿的聯合加固方案與重力式抗滑擋土墻和錨桿的聯合加固方案相比差別不大；從經濟上看，采取重力式抗滑擋土墻與錨桿聯合加固的方案更加經濟。

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

5.結論

本文以杜家溝1號順層巖質深路塹邊坡為研究背景，在該邊坡穩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、抗滑樁與錨桿聯合加固”三種加固方法，并采用FLAC3D對不同的加固方法進行了模擬分析，對比分析得出下列結論：

（1）抗滑樁與錨桿加固；經過加固后，縱向位移最大值為309.03mm，水平向位移最大值為388.47mm。加固后邊坡的穩定性系數為1.23<1.3，穩定性不好，需要加強加固防護。

（2）重力式抗滑擋土墻與錨桿加固：經過加固后，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。加固后邊坡的穩定性系數為2，穩定性較好，能夠保證邊坡的長期穩定性。

（3）擋土墻、抗滑樁與錨桿聯合加固：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。加固后邊坡的穩定性系數為2.08，穩定性好，能夠保證邊坡的長期穩定性。

（4）經過技術、經濟比較后，該順層邊坡，采用重力式抗滑擋土墻與錨桿聯合加固可以達到最優效果，能夠保證邊坡的長期穩定性。

參考文獻：

[1]殷躍平.中國典型滑坡：中英文[M].中國大地出版社， 2007.

[2]鄒宗興，唐輝明，熊承仁等.大型順層巖質滑坡漸進破壞地質力學模型與穩定性分析[J].巖石力學與工程學報， 2012（11）： 2222-2231.

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