樁板墻結(jié)構(gòu)加固邊坡作用效果數(shù)值分析

侯淑倩

（新疆交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行二處，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在路堤邊坡加固方面進(jìn)行了一些研究，李梅等［1-2］以工程項(xiàng)目為研究背景，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段重點(diǎn)研究了樁板墻加固邊坡效果，并重點(diǎn)對(duì)樁板墻受力和變形進(jìn)行了分析，表明樁板墻具有較好的加固作用。倪號(hào)葉等［3-4］采用數(shù)值模擬方法，對(duì)樁板墻加固邊坡進(jìn)行了分析，并分析了樁間距的影響，結(jié)果表明，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案效果良好。羅云松和周勇［5-6］以某改擴(kuò)建工程路塹邊坡治理為研究對(duì)象，分析了抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索框架加固方案的有效性，表明通過(guò)計(jì)算該設(shè)計(jì)方案能滿(mǎn)足邊坡穩(wěn)定性要求。羅渝等［7］依托某工程，采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法重點(diǎn)分析了樁板墻加固邊坡效果、擋土板對(duì)樁身受力的影響等，研究表明隨著荷載增加，擋土板承受的土壓力不斷增加，擋土板所受的土壓力峰值均在滑體以下部分，樁距較大時(shí)，兩樁間土體呈拱形向下滑動(dòng)，擋土板強(qiáng)度對(duì)邊坡加固效果影響不大。

1 工程概況

項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，植被發(fā)育較為旺盛，屬于剝蝕型低山面貌，受降雨影響較大?？睖y(cè)發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)不存在斷層帶，巖層的產(chǎn)狀為190°∠23°，存在節(jié)理3 組，節(jié)理產(chǎn)狀分別為295°∠84°、186°∠36°和28°∠84°，節(jié)理間距在65～380 mm 范圍內(nèi)，為封閉型節(jié)理，節(jié)理間填充為淤泥質(zhì)雜土?，F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察顯示，滑坡區(qū)土層從上向下依次為人工填土、粉質(zhì)黏土，厚度依次為2～8 m 和3.5～6.5 m。

2 現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析及治理措施

2.1 邊坡穩(wěn)定性分析

由于該邊坡中存在節(jié)理，且裂隙水發(fā)育，在持續(xù)性降雨的情況下會(huì)致使路基內(nèi)積水，隨著時(shí)間的推移，滑體重量不斷增大，土體的物理力學(xué)參數(shù)不斷降低。原設(shè)計(jì)擋土墻坡趾位于滑動(dòng)面上，邊坡在持續(xù)降雨的影響下逐漸達(dá)到臨界狀態(tài)，從而發(fā)生滑塌。

現(xiàn)場(chǎng)路堤滑裂面見(jiàn)圖1，地表出現(xiàn)明顯的弧形滑裂縫，且由于填筑土為粉質(zhì)黏土，排水效果差，導(dǎo)致路基在長(zhǎng)時(shí)間浸水而處于臨界破壞狀態(tài)。

圖1 邊坡滑裂面

采用巖土理正軟件進(jìn)行計(jì)算，采用搜索圓弧滑動(dòng)法計(jì)算得到正常工況和暴雨工況的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)見(jiàn)表1。

表1 土體的物理力學(xué)參數(shù)

2.2 加固措施

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)具體分析，擬采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護(hù)方案，此種支護(hù)方法不僅可以減小邊坡發(fā)生滑塌現(xiàn)象，還能有效降低滑裂體位移，且該種支護(hù)模式的使用年限較長(zhǎng)。結(jié)合工程實(shí)際，選取抗滑樁尺寸為2.0 m×2.5 m，樁長(zhǎng)取14 m，剛性反壓支護(hù)為標(biāo)號(hào)C25 片石混凝土形式。

3 數(shù)值模擬分析

3.1 模型建立

采用大型有限元軟件ABAQUS 建模進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算方式為強(qiáng)度折減法。模型長(zhǎng)、寬、高分別取70 m、30 m 和2.5 m，除模型上邊界外，其他邊界均進(jìn)行位移和邊界約束。邊坡采用C8D8 網(wǎng)格建立，土體采用摩爾庫(kù)倫模型，樁體采用彈性模型?？够瑯冻叽鐬?.0 m×2.5 m，樁長(zhǎng)取14 m，樁間距為5 m，抗滑樁之間采用厚度為30 cm 的擋土板進(jìn)行剛性連接，見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)值模型

3.2 材料參數(shù)

邊坡土體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2，支護(hù)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表3。

表2 土體的物理力學(xué)參數(shù)

表3 支護(hù)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)

3.3 結(jié)果分析

采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護(hù)方案加固前后的邊坡位移等值線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3 邊坡位移等值線(xiàn)

由圖3 可以看出，該邊坡加固前最大位移為49.3 mm，當(dāng)采取樁板墻結(jié)合剛性反壓支護(hù)加固后最大位移為21.9 mm，相比于加固前，加固后邊坡最大位移減小了55.6%，說(shuō)明采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護(hù)加固的效果比較明顯。

采用強(qiáng)度折減法對(duì)材料的黏聚力和內(nèi)摩擦角進(jìn)行逐步折減，將折減系數(shù)變化設(shè)置為從1～5，以防止過(guò)早收斂，遞增間隔取0.3。通過(guò)對(duì)樁板墻結(jié)合剛性反壓支護(hù)加固后的邊坡進(jìn)行模擬分析，得到邊坡安全系數(shù)與水平位移關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

圖4 邊坡安全系數(shù)與水平位移關(guān)系曲線(xiàn)

由圖4 可以看出，曲線(xiàn)拐點(diǎn)為判斷邊坡安全系數(shù)的標(biāo)志，該邊坡加固后的安全系數(shù)達(dá)1.51，而加固前邊坡安全系數(shù)僅為1.06，相比于加固前增大了42%，說(shuō)明該邊坡采取樁板墻結(jié)合剛性反壓支護(hù)方案起到了很好地加固效果。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護(hù)方案可以有效的增大邊坡穩(wěn)定性，加固后邊坡最大位移減小了55.6%，安全系數(shù)增大了42%。（2）樁板墻+剛性反壓支護(hù)加固可以有效提高邊坡的整體穩(wěn)定性，且采用強(qiáng)度折減法可以對(duì)邊坡加固前后的安全穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。