土釘布置方式對邊坡穩(wěn)定性的影響研究

朱志廣，羅世毅，秦秋文

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007)

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土釘布置方式對邊坡穩(wěn)定性的影響研究

朱志廣，羅世毅，秦秋文

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007)

朱志廣(1988—)，碩士研究生，主要從事地質(zhì)工程專業(yè)；

羅世毅(1975—)，碩士，主要從事地質(zhì)災(zāi)害勘察、設(shè)計、評估等工作；

秦秋文(1986—)，主要從事地質(zhì)工程專業(yè)工作。

摘要：文章采用極限平衡法分析不同的邊坡坡度與土釘最佳傾角的關(guān)系，并討論了土釘長度的布置方式，分析得出土釘長度合理的布置方式，對于工程實踐具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：土釘傾角；土釘長度；邊坡；穩(wěn)定性；影響

0引言

土釘支護(hù)技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種地基邊坡輕型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它利用原位加筋技術(shù)彌補(bǔ)土體抗拉、抗剪強(qiáng)度低的缺陷，通過面層結(jié)構(gòu)及土釘群對土體的嵌固作用，制約邊坡土體變形，使邊坡達(dá)到變形。多年的工程實踐證明：土釘支護(hù)技術(shù)具有安全可靠、工程造價低、施工簡便和應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，在具有一定粘性的砂土、粉土及粘性土的邊坡加固中，加固效果較顯著。

雖然土釘支護(hù)技術(shù)在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用，但是土釘支護(hù)技術(shù)還存在許多難以解決的問題，例如土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，土釘傾角與坡度之間的關(guān)系、土釘?shù)牟贾眯问郊白罴淹玲旈g距的確定等。本文從極限平衡分析方法以及工程實踐經(jīng)驗研究土釘?shù)膬A角以及布置長度方式對邊坡穩(wěn)定性的影響。

1土釘最佳傾角分析

不同的學(xué)者對土釘傾角的設(shè)置有不同的看法，文獻(xiàn)(1)認(rèn)為：土釘設(shè)置的傾斜度應(yīng)逐層增加向下傾角較好，這樣有利于較大發(fā)揮土釘強(qiáng)度的作用；文獻(xiàn)(2)認(rèn)為：土釘?shù)膬A角在10°~20°對邊坡穩(wěn)定性最有利，傾角過大或過小都不利于邊坡穩(wěn)定性。

筆者通過大量計算總結(jié)出土釘?shù)淖罴褍A角與邊坡的坡度是有關(guān)系的，不同的邊坡坡度，土釘?shù)淖罴褍A角不同，本文建立一個計算模型，通過設(shè)置不同的邊坡坡度以及土釘傾角進(jìn)行組合，其余的參數(shù)不變，進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。計算模型如下：邊坡高10 m，設(shè)置4層土釘，每層土釘長8 m，土層采用單一土層，巖土參數(shù)：重度γ=19kN/m3；C=20 kPa；φ=15°，土釘錨固體與土釘極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qsk=60 kPa。具體模型如圖1所示。

選取不同的邊坡坡度以及不同的土釘傾角采用瑞典條分法對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計算結(jié)果見表1。

圖1　土釘支護(hù)計算模型圖

坡度不同傾角的穩(wěn)定系數(shù)0°5°10°12°15°18°20°25°30°35°土釘最佳傾角45°1.1571.1791.2041.2121.2291.2441.2541.2761.2801.27630°50°1.1171.1441.1741.1851.2031.2191.2281.2321.2311.21825°55°1.0881.1221.1511.1621.1791.1881.1891.1871.1741.15520°60°1.0681.0981.1281.1381.1431.1461.1451.1311.111.08918°65°1.0451.0761.0961.0991.1031.0971.0921.071.0471.02515°70°1.0211.0411.0551.0561.0511.0411.0321.0070.9810.95812°

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)繪制出邊坡穩(wěn)定系數(shù)與土釘傾角的關(guān)系圖以及邊坡坡度與土釘最佳傾角關(guān)系圖，具體見圖2~3。

由圖2可知，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)隨著土釘傾角先增大后減小的趨勢，曲線的極值點(diǎn)為土釘最佳傾角點(diǎn)。由圖3可知，土釘?shù)淖罴褍A角隨著邊坡坡度的增加而減小。因此，在工程實踐中，對于坡度較緩的邊坡，應(yīng)適當(dāng)增加土釘?shù)膬A角，對于坡度較陡的邊坡，應(yīng)適當(dāng)減小土釘?shù)膬A角，但要保證土釘?shù)墓酀{飽滿度，這樣使得土釘可以更好的發(fā)揮自身的錨固作用。

圖2　邊坡穩(wěn)定系數(shù)與土釘傾角的關(guān)系圖

圖3　邊坡坡度與土釘最佳傾角的關(guān)系圖

2土釘長度的布置分析

土釘長度布置的方式有以下幾種方式：(1)等長布置形式；(2)上長下短布置形式；(3)中間長兩邊短布置形式；(4)上短下長布置形式。各種布置形式如下頁圖4所示。

目前，關(guān)于研究土釘長度的布置方式的文獻(xiàn)不是很多，文獻(xiàn)(2)指出：“土釘設(shè)置是上長下短還是上短下長，應(yīng)視土層情況和對位移要求而定。上短下長，土釘總用量較小，而上長下短有利于減小坡頂?shù)乃轿灰啤?；文獻(xiàn)(3)認(rèn)為：土釘長度采用上長下短布置是合理的。

筆者采用極限平衡法計算得出土釘采用上短下長的布置形式，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)最大，但是筆者認(rèn)為采用上短下長的布置形式不是很合理，因為下部土釘過長，土釘超出滑裂面的長度也較長，這樣土釘不能充分發(fā)揮自身的錨固作用。筆者認(rèn)為，“土釘中間長兩邊短，并加密上下兩邊土釘?shù)拿芏取边@樣的布置形式是比較合理的，具體原因如下：(1)邊坡上部土體一般力學(xué)性質(zhì)較差，土釘不能很好地提供錨固力，土釘長度可根據(jù)滑裂面的位置來確定土釘?shù)拈L度即可，但由于上部土體比較松散，應(yīng)適當(dāng)加密土釘?shù)拿芏龋?2)邊坡中部土體力學(xué)性質(zhì)一般較好，可以加長土釘，這樣可以使土釘充分發(fā)揮錨固作用；(3)邊坡下部，滑裂面距離坡面長度較短，土釘長度應(yīng)減小，但由于坡腳應(yīng)力比較集中，應(yīng)加密土釘?shù)拿芏取?/p>

(1)土釘?shù)乳L布置形式圖

(2)土釘上長下短布置形式圖

(3)土釘中間長兩邊段布置形式圖

(4)土釘上短下長布置形式圖

3結(jié)語

(1)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)隨著土釘傾角先增大后減小，土釘?shù)淖罴褍A角隨著邊坡坡度的增加而減小，在工程實踐中，對于坡度較緩的邊坡，應(yīng)適當(dāng)增加土釘?shù)膬A角，對于坡度較陡的邊坡，應(yīng)適當(dāng)減小土釘?shù)膬A角。

(2)土釘長度的合理布置方式為：土釘中間長兩邊短，并加密上下兩邊土釘?shù)拿芏取?/p>

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Research on the Impact of Soil-nail Layout on Slope Stability

ZHU Zhi-guang，LUO Shi-yi，QIN Qiu-wen

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：By using the limit equilibrium method，this article analyzed the relationship between different slope gradient and optimal soil nail inclination，and discussed the arrangement method of soil nail length，and ob-tained the reasonable layout method of soil nail length，with certain significance for engineering practices.

Keywords：Soil nail inclination； Soil nail length； Slope； Stability； Impact

收稿日期：2015-04-04

文章編號：1673-4874(2015)05-0016-03

中圖分類號：U416.1+4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.005

作者簡介