新型裝配式生態(tài)防護(hù)邊坡淺層穩(wěn)定性研究

張述濤 彭君 陳航 王天成

摘要：邊坡生態(tài)防護(hù)能使邊坡免受雨水侵蝕進(jìn)而發(fā)生失穩(wěn)，但現(xiàn)有邊坡生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)大多采用現(xiàn)澆混凝土、注漿錨桿等，施工繁瑣、現(xiàn)場作業(yè)時間長。為此，提出了一種由小型傘型錨、預(yù)制混凝土坡面防護(hù)構(gòu)件以及預(yù)制生態(tài)植被層組成的新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)，并對其所防護(hù)邊坡的淺層穩(wěn)定性開展了研究。首先開展室內(nèi)模型試驗，驗證了小型傘型錨的錨固性能；然后根據(jù)新型結(jié)構(gòu)的組成和受力特點(diǎn)，推導(dǎo)得到該結(jié)構(gòu)防護(hù)下邊坡淺層穩(wěn)定性系數(shù)的計算公式，結(jié)合麗江機(jī)場改擴(kuò)建工程某邊坡，分析錨固力和錨間距等關(guān)鍵參數(shù)對邊坡淺層穩(wěn)定性的影響規(guī)律；最后基于極限平衡法對不同防護(hù)條件下邊坡潛在失穩(wěn)狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)果表明：新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)坡面錨間距的適宜范圍為1.5～2.5 m；相比單純小型傘型錨支護(hù)和單純格構(gòu)支護(hù)，新型結(jié)構(gòu)既能強(qiáng)化邊坡淺層穩(wěn)定性，還可避免局部破壞，發(fā)揮下伏土層強(qiáng)度，進(jìn)而提高邊坡整體穩(wěn)定性，同時具有施工便捷、安裝后即可發(fā)揮效用以及易于局部拆換等優(yōu)勢。

關(guān) 鍵 詞：裝配式生態(tài)護(hù)坡；淺層穩(wěn)定性；傘型錨；安全系數(shù)

中圖法分類號：TU433

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.023

0 引 言

目前在交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，土質(zhì)邊坡常用植物防護(hù)或植物防護(hù)與工程防護(hù)相結(jié)合的措施對坡面進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，防止因雨水下滲入侵土層造成邊坡淺層失穩(wěn)甚至整體失穩(wěn)，同時改善工程周邊環(huán)境，減少因開挖、填筑等造成的土體裸露、水土流失以及植被覆蓋率降低。在高陡邊坡中，工程防護(hù)措施往往必不可少，但大多采用現(xiàn)澆混凝土施工、注漿錨桿錨固等，植被層也采用現(xiàn)場鋪設(shè)，施工周期長，若在施工過程中遇到降雨，邊坡易發(fā)生淺層失穩(wěn)。

針對邊坡淺層失穩(wěn)的問題，許多學(xué)者從淺層失穩(wěn)機(jī)理、防治措施等方面進(jìn)行了研究。經(jīng)典的邊坡淺層穩(wěn)定性分析方法是建立在無限長斜坡的“順坡平面”破壞模式假定的基礎(chǔ)上的^［1-2］。對于傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定性分析，采用的是基于圓弧滑裂面假定的剛體極限平衡法，但陳善雄等^［3］指出其很難適用于受雨水軟化作用導(dǎo)致的土質(zhì)邊坡淺層穩(wěn)定性分析，因為雨水入滲導(dǎo)致土質(zhì)邊坡內(nèi)形成具有顯著差異的土層界面。連繼峰等^［4］的研究也驗證了這一現(xiàn)象。鐘濤等^［5］對成渝線邊坡溜坍情況的調(diào)查顯示，邊坡淺層滑裂面平行于原坡面，深度為0.5～1.5 m。吳江鵬等^［6］采用數(shù)值方法對降雨導(dǎo)致的實際邊坡滑坡變形破壞機(jī)理進(jìn)行了研究。

對于邊坡失穩(wěn)的防治措施，一般包括坡面防護(hù)^［7］、加筋土擋墻^［8］、預(yù)應(yīng)力錨索、排水截水、淺層開挖卸荷、噴射混凝土等^［9］。連繼峰等^［10］研究了矩形骨架防護(hù)路基邊坡的淺層穩(wěn)定性，郝廷偉等^［11］利用柔性輕型結(jié)構(gòu)梁作為防護(hù)骨架構(gòu)件進(jìn)行邊坡防護(hù)。唐小軍等^［12］提出采用灌木叢植被覆蓋坡面，試驗結(jié)果表明植被能顯著減少雨水入侵土層，提高邊坡穩(wěn)定性作用明顯。王甦宇等^［13］針對毛細(xì)阻滯覆蓋層邊坡防護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢與不足，提出了提高毛細(xì)阻滯覆蓋層防護(hù)性能的改進(jìn)措施和途徑。陳飛等^［14］采用草本植物用于贛南地區(qū)酸性紅壤邊坡護(hù)坡，并進(jìn)行了環(huán)境適應(yīng)性試驗，對比了不同草本植物的護(hù)坡效果。何礬等^［15］探究了加筋網(wǎng)-錨桿防護(hù)下的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，結(jié)果表明錨桿作用改變了原有邊坡的失效破壞模式，錨桿強(qiáng)度建議采用漸進(jìn)式設(shè)計。吳順川等^［16］對比分析了預(yù)應(yīng)力錨桿、微型抗滑樁及擋土墻等方法的加固效果。郝建斌等^［17］分析了錨桿格構(gòu)支護(hù)在動力作用下的支護(hù)效果。然而，現(xiàn)澆混凝土骨架、注漿錨桿等邊坡防護(hù)措施存在施工速度慢、運(yùn)營維護(hù)成本高等問題。

針對上述不足，本文結(jié)合傳統(tǒng)防護(hù)措施優(yōu)點(diǎn)，提出了新型裝配式生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)^［18］：由小型傘型錨、預(yù)制混凝土坡面防護(hù)構(gòu)件以及預(yù)制生態(tài)植被層組成。采用室內(nèi)模型試驗研究小型傘型錨的錨固性能，對其適用性進(jìn)行驗證，同時基于無限長斜坡淺層順坡平面失穩(wěn)模式，推導(dǎo)適用于新型裝配式生態(tài)防護(hù)邊坡的淺層穩(wěn)定性安全系數(shù)公式，并結(jié)合數(shù)值模型對關(guān)鍵影響因素及邊坡淺層穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以期為新型裝配式邊坡生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。

1 新型裝配式生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)

本文提出的新型裝配式護(hù)坡結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為傘型錨錨固結(jié)構(gòu)和裝配式坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)^［18］。錨固構(gòu)件采用小型傘型錨，安裝時無需注漿，通過擊入至指定深度后反向張拉，錨板切土張開鎖定后即可對防護(hù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)快速錨固。

防護(hù)結(jié)構(gòu)沿坡面呈網(wǎng)格式布置，可按照正方形、矩形或菱形拓展布滿整個坡面，如圖2所示，從受力角度出發(fā)，一般以矩形為主。

網(wǎng)格由裝配式節(jié)點(diǎn)和梁單元組成，節(jié)點(diǎn)形狀與網(wǎng)格布置形狀相匹配，小型傘型錨錨固在節(jié)點(diǎn)上，其連接安裝如圖3所示。梁采用輕型預(yù)制混凝土矩形截面梁，每段長1.0～3.0 m，梁與梁、梁與節(jié)點(diǎn)之間均采用裝配式連接。梁的側(cè)面預(yù)制掛鉤，通過在網(wǎng)格內(nèi)掛設(shè)植被層進(jìn)行植被種植。節(jié)點(diǎn)處設(shè)置錨固構(gòu)件，梁作為主要受力構(gòu)件直接承擔(dān)結(jié)構(gòu)與生態(tài)植被層的重力，并將其傳遞給錨固構(gòu)件。

植被層采用預(yù)制形式，用土工格柵包裹土壤和種子，形成具有一定厚度且適應(yīng)網(wǎng)格形狀尺寸的含土植被層，四周掛在網(wǎng)格梁上，如圖4所示。

2 小型傘型錨錨固結(jié)構(gòu)性能

普通傘型錨在鄂北調(diào)水工程及南水北調(diào)中線工程得得了良好應(yīng)用^［19-20］，但與采用普通傘型錨對邊坡進(jìn)行加固不同，作為新型裝配式護(hù)坡的錨固結(jié)構(gòu)，其傘型錨的錨固深度和尺寸均比普通傘型錨要小，其主要作用是為邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)提供錨固力。

2.1 模型試驗方案

采用室內(nèi)模型試驗對小型傘型錨的錨固性能進(jìn)行研究。

（1） 試件參數(shù)。小型傘型錨錨板采用Q345鋼材制作，平面尺寸為200 mm×100 mm，厚度為20 mm。錨板中部開有直徑15 mm的孔，錨桿從中間穿過后在底部通過螺栓與錨板緊密連接，如圖5（a）所示，連接錨桿采用直徑15 mm、等級為HRB335的螺紋鋼筋。

（2） 土體參數(shù)。土體采用黏性土，干密度1.76 g/cm³，含水率23.6%，黏聚力為16.4 kPa，內(nèi)摩擦角為22.5°。

（3） 模型箱設(shè)置。模型箱尺寸為80 cm×80 cm×100 cm，一側(cè)為足夠厚的亞克力板，錨板與亞克力板接觸一側(cè)設(shè)有光滑滾珠，并在亞克力板面上涂抹凡士林減小摩擦。

（4） 試驗設(shè)置。試驗通過預(yù)埋的方式替代傘型錨錨板切土張開后擠壓上部土體的過程，從錨固力開始發(fā)揮作用作為起點(diǎn)開始試驗。錨板以下土層厚200 mm，錨板以上土層厚600 mm，模型箱內(nèi)土體分層填筑，每層厚度為50 mm，每層之間通過拉毛等方法增加相鄰層之間的黏聚力；錨板下土層填筑完成后，根據(jù)設(shè)計錨固位置安放好錨板，然后再分層填筑錨板以上土層；每層土體填筑時，在透明板一側(cè)設(shè)置好標(biāo)志線。

在錨桿和加載裝置之間安裝拉力計和百分表測量拉拔力和位移；同時在土層表面設(shè)置液壓千斤頂進(jìn)行加載，模擬上部土體自重荷載，千斤頂下方設(shè)置傳力板以及壓力板使得上覆加載能夠均勻傳遞至土層表面，試驗中小型傘型錨的等效錨固深度取3 m和5 m。試驗整體布置如圖5（b）所示。

（5） 加載方法。試驗采用分級加載，每級荷載為2.5 kN，每級持荷時間為10 min，并記錄位移增量，每級加載時間內(nèi)連續(xù)兩次測讀的位移增量不超過0.1 mm即視為該級錨桿位移穩(wěn)定，方可進(jìn)行下一級加載，直到加載后位移始終無法穩(wěn)定即停止加載，以上一級荷載為最終的極限荷載。

2.2 試驗結(jié)果分析

試驗測得的荷載-位移曲線繪制在圖6中。從圖6可知，在錨固深度為3 m和5 m兩種條件下，小型傘型錨的極限抗拔力分別為20 kN和32.5 kN，抗拔力隨著錨固深度的增加而增大，最終破壞模式表現(xiàn)為錨板上部土體受剪屈服破壞，形成上凸的破裂面曲線。在用于新型裝配式生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)中時，可通過增加錨板面積來提高錨固力，并對極限抗拔力進(jìn)行安全系數(shù)折減后作為設(shè)計錨固力。

采用與試驗中相同直徑和等級的螺紋鋼筋作為鋼筋錨桿，采用鉆孔注漿方式提供錨固力，與小型傘型錨進(jìn)行對比。

對于錨固深度3 m和5 m兩種情況，采用直徑30 mm的鉆孔并在鉆孔內(nèi)全長注漿，根據(jù)GB 50086-2015《巖土錨固劑噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》^［21］，采用一次重力灌漿，灌漿體與黏性土地層的極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取為0.05 MPa，考慮錨固長度對黏結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)調(diào)整后，計算得到兩種錨固深度下鋼筋錨桿的極限抗拔力分別為22.6 kN和30.6 kN，與同等錨固深度下的小型傘型錨抗拔力相當(dāng)。但是，傘型錨作為機(jī)械錨桿，在反向切割土體完成張開后即可提供錨固力，不需要等漿液凝固，能有效縮短工期，在工效上明顯優(yōu)于注漿錨桿。

3 邊坡淺層穩(wěn)定性分析

3.1 防護(hù)單元土體淺層穩(wěn)定性分析

圖7為防護(hù)單元土體的受力示意圖。對于矩形防護(hù)結(jié)構(gòu)護(hù)坡，坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)對邊坡淺層土體的力學(xué)作用主要是橫向格構(gòu)梁擋土抗力和自重引起的對坡體正壓力。自重在順坡向的分力由下部土體和坡腳共同支撐，且由于采用在網(wǎng)格內(nèi)掛設(shè)植被層，土體與格構(gòu)梁間的摩擦可以忽略不計。對于坡度為α的邊坡淺層滑動，坡長遠(yuǎn)大于雨水軟化深度z_w時，可近似認(rèn)為是無限長斜坡失穩(wěn)，其破壞模式為“順坡平面”失穩(wěn)破壞模式，可以將任意長度土條底部“順坡平面”上產(chǎn)生的剪應(yīng)力是否達(dá)到其抗剪強(qiáng)度作為判據(jù)^［4］。

根據(jù)文獻(xiàn)［10］的推導(dǎo)，對于無限長斜坡，格構(gòu)防護(hù)單元體邊坡淺層土體的安全系數(shù)為

式中：R為滑面下部土體對上部土體的抗滑力，T為土條自重在滑面上產(chǎn)生的下滑分力，l_H是矩形網(wǎng)格的橫向凈間距，L_V為單元體的長度，b為格構(gòu)梁寬度，V_c為防護(hù)單元內(nèi)橫向與縱向格構(gòu)梁體積之和，V_s為防護(hù)單元內(nèi)橫向與縱向格構(gòu)梁進(jìn)入坡體中格構(gòu)槽的體積，γ_c和γ分別格構(gòu)梁重度和土體的重度，E為橫骨架提供的擋土抗力，α為邊坡坡角，φ為淺層土體內(nèi)摩擦角，G₀為預(yù)制植被層重力。其中：

由于本文提出的新型裝配式護(hù)坡結(jié)構(gòu)采用預(yù)制植被層，且通過防護(hù)結(jié)構(gòu)格構(gòu)梁側(cè)面的掛鉤進(jìn)行安裝，故格構(gòu)梁進(jìn)入邊坡土體的深度較淺。植被層采用預(yù)制形式，通過土工格柵進(jìn)行包裹，與邊坡土體表面之間并不連續(xù)，這種情況很難發(fā)生文獻(xiàn)［4］中提到的骨架框內(nèi)土體失穩(wěn)模式，格構(gòu)橫梁提供的擋土抗力E較小，可在式（1）中忽略該項，使安全系數(shù)的計算結(jié)果偏保守，同時考慮預(yù)制植被層的重力G₀作用，式（1）變?yōu)?/p>

對于有錨桿作用的情況，錨桿錨固深度要大于滑裂面深度，固定在坡體內(nèi)部的穩(wěn)定部分，此時錨固力沿坡面向上的分力直接作為抗滑力抵抗土體下滑，垂直坡面的分力引起對坡體的正應(yīng)力，增加滑裂面上的抗滑阻力。增加錨桿作用后，式（4）變?yōu)?/p>

式中：F為錨固力，計算時根據(jù)防護(hù)單元涉及到的錨桿按照面積平均分?jǐn)傔M(jìn)行計算；θ為錨桿與水平方向的夾角。

3.2 案例分析

以麗江機(jī)場改擴(kuò)建工程場道某邊坡進(jìn)行分析，該邊坡共1級，高度為10 m，邊坡坡比為1∶2。

根據(jù)勘察報告得知邊坡土體為黏性土，最大埋深23.5 m，其自然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下的物理力學(xué)特性相關(guān)指標(biāo)列于表1中。新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)中，防護(hù)結(jié)構(gòu)采用矩形格構(gòu)形式，尺寸為2.5 m×2.5 m，格構(gòu)梁的寬度b為0.2 m，埋置深度為0.05 m，混凝土格構(gòu)梁重度為24 kN/m³；傘型錨錨固結(jié)構(gòu)安裝角度θ為15°，錨固深度為5 m，錨固力F為25 kN，錨間距為2.5 m；網(wǎng)格內(nèi)部掛有預(yù)制植被層，厚度為0.15 m，其平面尺寸略小于網(wǎng)格尺寸，為2.4 m×2.4 m，考慮到預(yù)制植被層與網(wǎng)格間的間隙以及植被情況，其飽和狀態(tài)下重度按照12 kN/m³考慮。

考慮到降雨作用下生態(tài)護(hù)坡植被層對邊坡的保護(hù)作用，假設(shè)雨水軟化深度z_w為1.5 m^［5］，而傘型錨錨固深度為5 m，穿透了雨水軟化層，錨固力可靠。根據(jù)式（5）可計算得到未進(jìn)行錨桿錨固和進(jìn)行錨桿錨固后邊坡淺層穩(wěn)定安全系數(shù)F_s分別為0.94和1.21。

根據(jù)安全系數(shù)計算結(jié)果，單獨(dú)采用坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)和預(yù)制植被層時，邊坡淺層會發(fā)生“順坡平面”失穩(wěn)。采用傘型錨錨固后，邊坡淺層穩(wěn)定安全系數(shù)得到大幅提高，說明錨固力對邊坡淺層的抗滑力有明顯提升，能將新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)牢牢固定在邊坡上并保證邊坡穩(wěn)定。

3.3 關(guān)鍵因素影響分析

對于新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)，錨桿錨固在節(jié)點(diǎn)位置，錨間距與網(wǎng)格尺寸一致。對于不同的網(wǎng)格尺寸，相應(yīng)增加格構(gòu)梁的截面尺寸，在保證梁不會發(fā)生開裂的情況下，利用上述案例中的參數(shù)計算得到不同錨固力下邊坡淺層穩(wěn)定安全系數(shù)，列于表2中。

從表2的計算結(jié)果可以看出，當(dāng)錨固力一定時，隨著錨間距的增大，邊坡淺層穩(wěn)定安全系數(shù)不斷減小，尤其是當(dāng)錨間距達(dá)到3 m時，需要錨固力大于50 kN才能使得安全系數(shù)大于1.20，特別在錨間距為4 m時，錨固力達(dá)到75 kN，安全系數(shù)才達(dá)到能超過1.20。綜合經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)輸和施工便捷性、邊坡淺層穩(wěn)定性等方面考慮，新型裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)錨間距的適宜范圍為1.5～2.5 m。

3.4 數(shù)值分析

采用Geo-Studio數(shù)值模擬軟件建立上述邊坡的二維平面數(shù)值模型，根據(jù)3.2節(jié)以及表1中的相關(guān)參數(shù)設(shè)置邊坡土體物理力學(xué)參數(shù)以及防護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)。數(shù)值模型中邊坡考慮無任何防護(hù)、只進(jìn)行傘型錨防護(hù)、只進(jìn)行格構(gòu)式構(gòu)件防護(hù)以及采用新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)防護(hù)4種工況。采用極限平衡分析方法對4種工況下的邊坡安全系數(shù)以及滑裂面情況進(jìn)行計算?？紤]1.5 m的雨水軟化深度，分別計算圓弧滑面和以雨水軟化層界面為滑面的2種滑裂面形式，將安全系數(shù)最低對應(yīng)的滑裂面形式作為邊坡失穩(wěn)的模式。

（1） 無任何防護(hù)。對于無任何防護(hù)的邊坡，其計算結(jié)果如圖8所示。沿雨水軟化層界面滑動的邊坡安全系數(shù)1.08，低于圓弧滑面對應(yīng)的安全系數(shù)（1.33）。2種安全系數(shù)最低的失穩(wěn)模式對應(yīng)的滑裂面均位于雨水軟化深度范圍內(nèi)，表現(xiàn)為淺層失穩(wěn)模式。

（2） 只進(jìn)行小型傘型錨防護(hù)。沿坡面布置小型傘型錨進(jìn)行加固，傘型錨的間距為2.5 m，錨固角度為15°，錨固力為25 kN，兩種滑裂面形式下邊坡的安全系數(shù)結(jié)果如圖9所示。從圖9中可以看出，兩種滑裂面形式下最小安全系數(shù)對應(yīng)的失穩(wěn)形式仍表現(xiàn)為淺層雨水軟化深度內(nèi)的土體滑動，相比于無任何防護(hù)的邊坡，安全系數(shù)顯著增大，表明小型傘型錨加固對邊坡的淺層穩(wěn)定性具有顯著提升。

（3） 只進(jìn)行格構(gòu)式構(gòu)件防護(hù)。在邊坡表面設(shè)置一層格構(gòu)式防護(hù)層，將格構(gòu)式防護(hù)構(gòu)件的重力以及剛度等效施加在這一層上，使得該層對邊坡施加同等的重力荷載，同時對邊坡表層形成一定的約束。只采取格構(gòu)式構(gòu)件防護(hù)條件下，兩種滑裂面形式下邊坡的安全系數(shù)結(jié)果如圖10所示。

從圖10可以看出，在只采取格構(gòu)式構(gòu)件防護(hù)時，對于沿雨水軟化層界面的折線滑裂面失穩(wěn)模式，格構(gòu)式構(gòu)件增加了邊坡滑體的自重以及下滑力，降低了邊坡淺層滑動的安全系數(shù)；對于圓弧滑裂面的失穩(wěn)模式，格構(gòu)式構(gòu)件增加了邊坡表層的剛度和整體性，增大了圓弧滑裂面的跨度和直徑，使邊坡的失穩(wěn)模式從淺層失穩(wěn)轉(zhuǎn)變?yōu)檫吰律顚诱w失穩(wěn)，增加了邊坡整體滑動的安全系數(shù)。

（4） 采用新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)防護(hù)。新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)同時采用小型傘型錨和坡面格構(gòu)式構(gòu)件防護(hù)，將兩者結(jié)合后進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性計算。兩種滑裂面形式下邊坡的安全系數(shù)結(jié)果如圖11所示。

從圖11可以看出，對于折線滑裂面形式，采用新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)后，邊坡的淺層穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25，介于只用傘型錨和只用格構(gòu)式構(gòu)件兩種防護(hù)形式對應(yīng)的安全系數(shù)中間，與表2中的計算結(jié)果接近，數(shù)值計算結(jié)果偏大的原因主要是理論分析采用的是防護(hù)單元，未考慮滑裂面上下兩端的情況，而數(shù)值模型中需考慮整個滑裂面的影響。同時，增加小型傘型錨進(jìn)行固定，對只采用格構(gòu)式構(gòu)件防護(hù)的邊坡其淺層穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性有明顯提高。

4 結(jié) 論

本文提出一種采用小型傘型錨作為錨固構(gòu)件，結(jié)合裝配式格構(gòu)防護(hù)構(gòu)件和預(yù)制植被層的新型裝配式護(hù)坡結(jié)構(gòu)，然后采用室內(nèi)物理模型試驗對小型傘型錨的錨固性能進(jìn)行了研究，并通過理論分析方法推導(dǎo)得到適用于新型裝配式生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)的邊坡淺層穩(wěn)定性安全系數(shù)計算公式。借鑒實際工程參數(shù)及相應(yīng)的數(shù)值分析，對傘型錨錨固力、錨間距、不同防護(hù)形式等關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

（1） 相比于注漿鋼筋錨桿，小型傘型錨具有施工便捷、錨固力生效快的優(yōu)勢，能對淺層土體提供有效的錨固力，且錨固力隨著錨固深度的變大而增大。

（2） 綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、邊坡淺層穩(wěn)定性等方面，在常用的1∶1.5～1∶2.5坡比參數(shù)和小型傘型錨錨固力設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)，新型裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)坡面錨間距（網(wǎng)格邊長）的適宜范圍為1.5～2.5 m。

（3） 相比無防護(hù)、單純小型傘型錨防護(hù)和單純格構(gòu)構(gòu)件防護(hù)，新型裝配式生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)既能提高邊坡淺層穩(wěn)定性，還可避免邊坡發(fā)生局部破壞，發(fā)揮下伏土層強(qiáng)度，進(jìn)而提高邊坡整體穩(wěn)定性，保證坡面生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)能安全有效地發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］TAYLOR D W.Fundamental of soil mechanics［M］.New York：John Wiley and Sons，1948.

［2］DAY R W.Design and repair for surficial slope failures［J］.Practice periodical on structural design and construction，1996（2）：83-87.

［3］陳善雄，陳守義.考慮降雨的非飽和土邊坡穩(wěn)定性分析方法［J］.巖土力學(xué)，2001，22（4）：447-450.

［4］連繼峰，羅強(qiáng)，蔣良濰，等.雨水浸潤軟化下路基土質(zhì)邊坡淺層穩(wěn)定分析［J］.鐵道學(xué)報，2017，39（4）：101-108.

［5］鐘濤，孫遠(yuǎn)明，彭良平，等.成渝線邊坡溜坍的概略預(yù)報研究［J］.路基工程，1994（2）：10-14.

［6］吳江鵬，章廣成，侯贈.開挖及降雨作用下土質(zhì)邊坡變形破壞機(jī)理［J］.湖南科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，30（2）：73-79.

［7］MORGAN R，RICKSON R J.Slope stabilization and erosion control：a bioengineering approach［M］.London：Taylor & Francis，1994.

［8］WANG X，ZHU C，DIAO H，et al.Structural behavior of assembled ecological grid retaining walls and application in a highway in China［J］.Symmetry，2021，13（5）：746-752.

［9］王沙洲，付茜，楊棟.土質(zhì)高邊坡治理技術(shù)研究［J］.山西建筑，2021，47（12）：62-65.

［10］連繼峰，羅強(qiáng)，蔣良濰，等.矩形骨架防護(hù)路基邊坡淺層穩(wěn)定性及優(yōu)化設(shè)計［J］.巖土工程學(xué)報，2016，38（增2）：228-233.

［11］郝廷偉，李馳，高瑜，等.輕型格構(gòu)邊坡防護(hù)數(shù)值應(yīng)力及穩(wěn)定性分析［J］.水利水電技術(shù)（中英文），2023，54（6）：176-188.

［12］唐小軍，張著倫.路塹土質(zhì)高邊坡失穩(wěn)原因分析及治理措施［J］.四川水泥，2021（9）：297-298.

［13］王甦宇，劉愛華，鄒家強(qiáng)，等.毛細(xì)阻滯覆蓋層邊坡防護(hù)技術(shù)研究綜述［J］.人民長江，2022，53（4）：79-85.

［14］陳飛，錢乾，高超，等.贛南紅壤邊坡護(hù)坡草本植物環(huán)境適應(yīng)性研究［J］.人民長江，2021，52（10）：70-75.

［15］何礬，劉澤，陳麗，等.坡頂超載下加筋三維網(wǎng)–錨桿防護(hù)邊坡的模型試驗［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2020，39（增1）：2665-2673.

［16］吳順川，高永濤，金愛兵.失穩(wěn)高陡路塹邊坡樁錨加固方案分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24（21）：3954-3958.

［17］郝建斌，李金和，程濤，等.錨桿格構(gòu)支護(hù)邊坡振動臺模型試驗研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2015，34（2）：293-304.

［18］張述濤，彭君，陳航，等.一種輕便的快速組裝式邊坡生態(tài)防護(hù)方法：CN202210820839.4［P］.2022-07-13.

［19］程永輝，王滿興，熊勇.傘型錨在鄂北調(diào)水工程膨脹土臨時邊坡加固中的應(yīng)用［J］.長江科學(xué)院院報，2019，36（4）：71-76.

［20］程德虎，任佳麗，程永輝.傘型錨技術(shù)在南水北調(diào)中線渠坡快速搶險加固工程中的應(yīng)用［C］∥2018年全國工程勘察學(xué)術(shù)大會論文集，南京，2018：587-591.

［21］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范：GB 50086-2015［S］.北京：中國計劃出版社，2015.

（編輯：胡旭東）

Study on shallow stability of new assembled ecological protection slopes

ZHANG Shutao¹，PENG Jun¹，CHEN Hang²，WANG Tiancheng²

（1.Civil AviationZhongnan Airport Design and Research Institute Guangzhou Co.，Ltd.，Guangzhou 510000，China；2.Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Abstract：Slope ecological protection can protect the slope from rainwater erosion which leads to instability failure.However，in the most of the existing slope ecological protection structures，concrete pouring construction and grouting anchor are used，which are relatively cumbersome and require a long on-site operation time.In response to these problems，a new assembled ecological protection structure is proposed，which consists of small umbrella anchors，assembled concrete slope protection components and assembled ecological vegetation layers.And the shallow stability of the soil slope using new assembled ecological protection structure was studied.Firstly，indoor model tests were conducted to verify the anchoring performance of small umbrella anchors.Secondly，based on the composition and mechanical characteristics of the new protection structure，a formula for the safety factor of shallow stability of the protected slope was derived.Combined with a practical slope in reconstruction and extension project of Lijiang airport，the influence of key factors such as anchor force and anchor spacing on the shallow stability of the slope was analyzed.Finally，based on the limit equilibrium method，a numerical analysis was conducted to study the potential instability states of slopes under different protection conditions.The results showed that the suitable range for the anchor spacing of the new assembled slope protection structure was 1.5～2.5 m，and compared to simple small umbrella anchor support and lattice support，the new assembled ecological protection structure can not only strengthen the shallow stability of the slope，but also avoid local damage，give full play of the strength of the underlying soil layers，and improve the overall stability of slopes.Meanwhile，the new structure has the advantages of convenient construction，taking effective immediately after installation，and easy local demolition and replacement.

Key words：assembled ecological protection slope；shallow stability；umbrella anchor；safety factor