基于數(shù)值模擬下的大房李家滑坡支護(hù)穩(wěn)定性分析

王立猛

(中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng)110136)

1 引言

滑坡的產(chǎn)生是一個(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜、各方面綜合作用下的結(jié)果，有產(chǎn)生歷程長(zhǎng)，成因復(fù)雜等特征?；碌挠|發(fā)需滿足一定的條件，總體可分為自然觸發(fā)條件和人為因素。其中，降雨是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的重要因素[1]。強(qiáng)降雨通過(guò)土體表面下滲進(jìn)入下部巖土體，通過(guò)改變邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)而影響邊坡穩(wěn)定性[2]。為了分析不同降雨類型以及疊加滑坡支護(hù)工程對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，本文以大房李家開(kāi)挖路基滑坡為研究對(duì)象，在GeoStudio軟件中根據(jù)不同降雨模式進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性模擬，分析在不同樁間距、樁面積、樁長(zhǎng)下的穩(wěn)定性，以此得到最優(yōu)支護(hù)工況條件。

2 大房李家滑坡基本特征

2.1 大房李家滑坡概況

大房李家滑坡位于平?jīng)鲋辆d陽(yáng)國(guó)家高速公路(G8513)平?jīng)?華亭)至天水段，滑坡平面形態(tài)為“圈椅狀”，開(kāi)挖后路基剖面形態(tài)為“臺(tái)階形”，海拔高程1 800～2 170 m，長(zhǎng)約850 m，高約400 m，厚約40 m，體積約49.1×104m3，下滑方向310°。該區(qū)域出露的地層巖性有下三疊統(tǒng)夜郎組(T1y)發(fā)育的灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等，基巖在區(qū)內(nèi)露頭較少，出露的主要為泥巖以及灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀160°∠25°，巖層傾向斜緩傾坡內(nèi)。

2.2 工程地質(zhì)條件

大房李家滑坡區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中山地貌，山勢(shì)低緩，侵蝕切割程度中等，地勢(shì)為階梯狀斜坡，總體上是東部(滑坡后緣)高西部(滑坡前緣)低。該滑坡后緣高程約2 400 m，前緣剪出口高程約2 040 m(從2 000 m高程處開(kāi)始建模)，相對(duì)高差約400 m?；聻橐谎鼗步缑婊频耐临|(zhì)滑坡，滑坡區(qū)后緣右邊有村道通過(guò)，滑坡后緣基巖裸露。

3 穩(wěn)定性計(jì)算模型及工況

3.1 模型建立

本文采用GeoStudio軟件對(duì)大房李家滑坡在SEEP/W中進(jìn)行不同降雨模式下的滲流場(chǎng)模擬，然后耦合到SLOPE/W進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，同時(shí)耦合到SIGMA/W進(jìn)行位移計(jì)算，根據(jù)地質(zhì)勘察資料與剖面圖建立滑坡的數(shù)值計(jì)算模型。將模擬的滑坡區(qū)域分為滑體、滑帶和基巖，將模型剖分成1 702個(gè)單元，共計(jì)1 775個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算模型與網(wǎng)格如圖1所示[3]。巖土體力學(xué)參數(shù)主要有巖土體變形模量E、泊松比υ、容重γ、黏聚力c、摩擦角φ。參數(shù)的確定主要類比其他滑坡的物理力學(xué)參數(shù)綜合確定。表1為巖土體天然狀態(tài)下固結(jié)快剪下的物理力學(xué)參數(shù)。

圖1 計(jì)算模型與網(wǎng)格劃分圖

表1 巖土體力學(xué)參數(shù)表

3.2 不同降雨模式的影響

降雨模式是降雨強(qiáng)度隨時(shí)間變化的函數(shù)，在一次降雨過(guò)程中，并非所有的降雨量都會(huì)滲透進(jìn)入坡體內(nèi)，一部分以地表徑流的形式排出，另一部分會(huì)沿著土體空隙通道進(jìn)入坡體。降雨模式會(huì)影響雨量進(jìn)入坡體內(nèi)的情況，從而影響邊坡穩(wěn)定性，因此研究不同降雨模式下邊坡降雨入滲規(guī)律及其穩(wěn)定性變化有重要的意義。為簡(jiǎn)化計(jì)算選用具有代表性的4種模式(減弱型，集中型，平均型，增加型)進(jìn)行研究，以得到最不利的降雨模式。

4種不同降雨模式下穩(wěn)定性系數(shù)變化如圖2所示。由圖2可知，4種不同降雨模式下穩(wěn)定性系數(shù)都隨著降雨天數(shù)的增加而變小，穩(wěn)定性系數(shù)下降幅度最大的是減弱型，其次為集中型和平均型，下降幅度最小的為增強(qiáng)型降雨模式，減弱型降雨模式最大降幅達(dá)到0.32。減弱型降雨模式在第1天內(nèi)變化較大，集中型和平均型降雨模式主要在第2天變化較大，增強(qiáng)型降雨模式相對(duì)降低幅度最小。

圖2 穩(wěn)定性系數(shù)隨降雨歷時(shí)變化圖

由圖3不同降雨模式下滑坡體前緣溢出點(diǎn)A點(diǎn)(如圖1所示)處的孔隙水壓力變化曲線可知：4種降雨模式中，減弱型降雨模式對(duì)坡體前緣A點(diǎn)處孔隙水壓力的影響均大，孔隙水壓力曲線一直在最上面；其次是集中型和平均型，這兩種降雨模式下的孔隙水壓力曲線有交叉；增強(qiáng)型降雨模式相對(duì)影響較小。

圖3 滑坡體A點(diǎn)孔隙水壓力圖

4 滑坡支護(hù)方案優(yōu)化對(duì)比

滑坡體下方分布道路，治理工程應(yīng)結(jié)合滑坡特征及危害對(duì)象進(jìn)行有針對(duì)性的防治，采取抗滑樁的治理思路?？够瑯稑段恢饕x擇在滑體厚度相對(duì)較薄，滑面相對(duì)平緩，滑坡推力相對(duì)較小，且能充分利用樁前抗力的地段。根據(jù)這一原則，抗滑樁布置于滑坡前緣交界部位。為了既滿足抗滑要求又達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益，分別從抗滑樁支護(hù)間距、橫截面積以及長(zhǎng)度三個(gè)方面進(jìn)行支護(hù)驗(yàn)證，分析抗滑能力最好的抗滑樁性質(zhì)。

4.1 不同樁間距對(duì)支護(hù)的影響

本節(jié)進(jìn)行不同抗滑樁支護(hù)間距對(duì)比，數(shù)值模擬過(guò)程中保持其他條件不變而只改變抗滑樁間距?？够瑯秴?shù)選取為：樁長(zhǎng)16 m；橫截面積為0.3 m2；樁間距依次選取2、3和4 m；受荷段6 m，錨固段10 m；樁身采用C30混凝土，彈性模量為30 000 MPa。改變滑坡體在不同抗滑樁間距支護(hù)條件，使其在暴雨模式(100 mm/d)下進(jìn)行20d穩(wěn)定性計(jì)算。不同抗滑樁間距下的穩(wěn)定性系數(shù)如圖4所示。由圖4可知，當(dāng)抗滑樁間距為2 m時(shí)，滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.412；當(dāng)抗滑樁間距為3 m時(shí)，滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.363；當(dāng)抗滑樁間距為4 m時(shí)，滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.246；穩(wěn)定性變化趨勢(shì)較為相似，在暴雨工況下，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)先下降后逐漸上升，最小穩(wěn)定性系數(shù)發(fā)生在暴雨后的第4天。從支護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益方面考慮,當(dāng)抗滑樁間距取值3 m時(shí)即可符合工況需求。

圖4 不同樁間距下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化圖

4.2 不同樁橫截面積對(duì)支護(hù)的影響

在進(jìn)行不同抗滑樁支護(hù)橫截面積對(duì)比時(shí)，抗滑樁參數(shù)選取為：樁長(zhǎng)16 m；橫截面積分別為0.3、0.4和0.5 m2；樁間距選取3 m；受荷段6 m，錨固段10 m；樁身采用C30混凝土，彈性模量為30 000 MPa。改變滑坡體不同抗滑樁橫截面積支護(hù)條件，使其在暴雨模式(100 mm/d)下進(jìn)行20 d穩(wěn)定性計(jì)算。不同抗滑樁橫截面積下的穩(wěn)定性系數(shù)如圖5所示。

圖5 不同樁截面積下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化圖

由圖5可知，隨著抗滑樁面積的增加，抗滑樁抗滑穩(wěn)定能力也逐漸增加。當(dāng)抗滑樁橫截面積為0.3 m2時(shí)，泥質(zhì)滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.363；當(dāng)抗滑樁橫截面積為0.4 m2時(shí)，泥質(zhì)滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.367；當(dāng)抗滑樁橫截面積為0.5 m2時(shí)，泥質(zhì)滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.371。三種橫截面積下的抗滑樁都大大提高了滑坡穩(wěn)定性，隨著抗滑樁橫截面積的增加，滑坡穩(wěn)定性支護(hù)效果也越好，故當(dāng)抗滑樁橫截面積為0.5 m2時(shí)最符合工況需求。

4.3 不同樁長(zhǎng)對(duì)支護(hù)的影響

由上一節(jié)可知，當(dāng)抗滑樁間距取值3 m，同時(shí)橫截面積取值為0.5 m2時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足抗滑穩(wěn)定性要求，故本節(jié)進(jìn)行不同抗滑樁支護(hù)長(zhǎng)度對(duì)比時(shí)，在Geo-studio數(shù)值模擬過(guò)程中保持其他條件不變而只改變抗滑樁樁身長(zhǎng)度?？够瑯秴?shù)選取為：樁長(zhǎng)12、14和16 m；橫截面積為0.5 m2；樁間距選取3 m；受荷段占樁長(zhǎng)1/3，錨固段占樁長(zhǎng)2/3；樁身采用C30混凝土，彈性模量為30 000 MPa。改變滑坡體在不同抗滑樁長(zhǎng)的支護(hù)條件，使其在暴雨模式(100 mm/d)下進(jìn)行20 d穩(wěn)定性計(jì)算。不同抗滑樁長(zhǎng)的穩(wěn)定性系數(shù)見(jiàn)圖6所示。

由圖6可知，隨著抗滑樁樁長(zhǎng)的增加，抗滑樁抗滑穩(wěn)定能力逐漸減小。當(dāng)樁長(zhǎng)為12 m時(shí)，泥質(zhì)滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.363；當(dāng)樁長(zhǎng)為14 m時(shí)，滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.361；當(dāng)樁長(zhǎng)為16 m時(shí)，泥質(zhì)滑坡最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.303，故當(dāng)抗滑樁樁長(zhǎng)為12 m時(shí)最符合工況需求。

圖6 不同樁長(zhǎng)下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化圖

5 結(jié)束語(yǔ)

大房李家滑坡目前處于整體基本穩(wěn)定狀態(tài)。從定性和定量?jī)煞矫娣治?，該滑坡穩(wěn)定性主要受降雨強(qiáng)度的影響?；跍p弱型、集中型、平均型、增加型4種降雨模式來(lái)進(jìn)行模擬分析，以得到最不利的降雨模式。分析可知：滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在4種不同降雨模式下都隨著降雨天數(shù)的增加而變小，穩(wěn)定性系數(shù)下降幅度最大的是減弱型。滑坡治理所需抗滑樁參數(shù)選取為：樁間距3 m，橫截面積0.5 m2，樁長(zhǎng)12 m，此時(shí)最符合本項(xiàng)目工程抗滑要求以及經(jīng)濟(jì)效益。