抗滑樁擋墻組合結(jié)構(gòu)支護(hù)滑坡的數(shù)值模擬研究

蕭寶駒

（東莞市水務(wù)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站,廣東 東莞 523000）

1 前言

抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)在滑坡或邊坡工程中應(yīng)用廣泛,對此學(xué)者們也進(jìn)行了大量的研究。伍永仟等[1]認(rèn)為地下水是影響滑坡的首要因素,因此提出了抗滑樁+截排水的組合結(jié)構(gòu)支護(hù)方案,通過工程實(shí)踐可知,以上治理方案達(dá)到了防止滑坡進(jìn)一步滑動的目的。高文軍等[2]對G214 線的特殊滑坡進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：對于特殊滑坡可對抗滑樁進(jìn)行濕化處理,以此達(dá)到增強(qiáng)抗滑樁的支護(hù)效果。劉洪洋等[3]對北京某滑坡的治理方案進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：滑坡的治理應(yīng)當(dāng)結(jié)合滑坡成因進(jìn)行分析,對于此類滑坡宜采用抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索+土體注漿,經(jīng)過后期監(jiān)測可知,以上治理措施達(dá)到了預(yù)期效果。李新哲等[4]對抗滑樁位置的選擇進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：抗滑樁設(shè)置位置的選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合加固區(qū)域塑性區(qū)范圍。鄧勝等[5]對云南某滑坡進(jìn)行了勘察,勘察結(jié)果表明：此滑坡有兩層滑動面,針對此類滑坡提出了抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索組合治理措施,并加強(qiáng)排水功能,最后通過監(jiān)測資料顯示以上的治理措施達(dá)到了理想的治理效果。王立猛[6]對降雨條件下抗滑樁的支護(hù)效果進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：樁間距為3 m,樁橫截面尺寸為1.5 m,此類抗滑樁的支護(hù)效果最佳；趙玉博等[7]結(jié)合貴州某滑坡,通過研究抗滑樁的位移,對抗滑樁的抗滑效果進(jìn)行評價(jià),研究結(jié)果表明：對于開挖深度較大的滑坡,首要選擇H型抗滑樁進(jìn)行支護(hù)；王壯等[8]在地震作用條件下,對抗滑樁的支護(hù)效果進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：雙排樁的支護(hù)效果明顯優(yōu)于單樁；劉喜康[9]利用數(shù)值模擬對邊坡支護(hù)措施進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：抗滑樁支護(hù)的同時(shí),增加框架錨索更利于提高邊坡的穩(wěn)定性；李政等[10]結(jié)合貴州某滑坡利用數(shù)值模擬技術(shù)對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：抗滑樁和框架梁組合結(jié)構(gòu)支護(hù)形式利用邊坡的穩(wěn)定。

然而以上的治理措施中沒有對抗滑樁+擋土墻組合支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,對此本文結(jié)合一實(shí)際滑坡工程,通過數(shù)值模擬還原了滑坡原狀,并對抗滑樁+擋土墻組合支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果進(jìn)行評價(jià)。

2 工程概況

該滑坡位于我國南部地區(qū),經(jīng)過地質(zhì)勘察可知,滑坡主要由兩層土體所組成,從上至下分別是風(fēng)化土和風(fēng)化巖（圖1）,邊坡的物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

圖1 邊坡平面圖 （單位：m）

經(jīng)地質(zhì)勘察可知邊坡的潛在滑動面見圖1,利用瑞典條分法對剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 自然工況下的剩余下滑力

根據(jù)地質(zhì)勘察的潛在滑動面,結(jié)合表1 的相關(guān)數(shù)據(jù),將潛在滑動面（截止至抗滑樁處）劃分成11 個(gè)條塊,計(jì)算得到的滑坡推力為2877.7 kN/m。

結(jié)合此數(shù)值,計(jì)算的抗滑樁寬長度×寬度×高度為2 m×3 m×18 m,在坡面進(jìn)行C20 噴砼,坡腳處設(shè)置擋土墻。本文關(guān)注的是抗滑樁+擋土墻組合結(jié)構(gòu)支護(hù)滑坡的效果,因此暫不考慮水平土拱效應(yīng)的影響[11-14]。

3 數(shù)值模擬

3.1 模型的建立

利用MIDAS GTS建立滑坡模型見圖2。風(fēng)化土選擇三維實(shí)體單元,材料符合mohr定律；風(fēng)化巖選擇三維實(shí)體單元,材料符合彈性定律；噴射混凝土選擇C20砼,選擇板單元,彈性模量2.03×107kN/m3,泊松比為0.2,容重為23 kN/m3；抗滑樁選擇各向同性的彈性材料,彈性模量3.21×107kN/m3,泊松比為0.2,容重為23.5 kN/m3；擋土墻選擇各向同性的彈性材料,彈性模量2.72×107kN/m3,泊松比為0.2,容重為23 kN/m3。

圖2 數(shù)值模擬立體圖

3.2 整體位移

數(shù)值模擬計(jì)算至滑坡穩(wěn)定時(shí)結(jié)束,滑坡體位移見圖3。

圖3 坡體整體位移

由圖3（a）可知,坡體的整體位移主要集中于滑坡體上部,坡面附近處整體位移較大,隨著距離坡面距離的增大,整體位移逐漸減小,最大整體位移為8 mm,超過5 mm的巖土體的整體位移約占滑坡體的11%,約大多數(shù)的整體位移不超過5 mm,按照滑坡支護(hù)工程的位移要求,以上的整體位移均不超過20 mm,說明支護(hù)措施是有效的。

截取滑坡體中間截面作為研究對象,如圖3（b）所示,一級平臺以上處的整體位移普遍大于平臺以下的位移。此截面最大的整體位移為7 mm,發(fā)生于坡頂區(qū)域,不超過5 mm巖土體約占整個(gè)滑坡體的78%,最大整體位移也不超過工程允許的最大值,說明滑坡支護(hù)措施是有效的。

由圖3 可知,滑坡體的整體位移主要發(fā)生于風(fēng)化土區(qū)域,距離坡面處越近,整體位移越大,最大位移控制在工程允許的范圍內(nèi),說明了滑坡支護(hù)措施在控制整體位移方面是滿足工程要求的,另外通過整體位移可知,若后期需要進(jìn)行位移監(jiān)測,風(fēng)化土和一級平臺以下區(qū)域是監(jiān)測的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文結(jié)合一實(shí)際滑坡工程,采用抗滑樁+擋土墻+噴砼的組合支護(hù)方式,并通過數(shù)值模擬對坡體的整體位移進(jìn)行了研究,研究結(jié)果如下。

（1）坡體的整體位移主要集中于風(fēng)化土區(qū)域,距離坡面越近,整體位移越大,最大的整體位移為8 mm,不超過工程允許的最大值,可認(rèn)為抗滑樁組合支護(hù)方案在控制滑坡體整體位移方面是滿足要求的。

（2）支護(hù)后滑坡體整體位移不超過5 mm的巖土體主要集中于一級平臺以下,說明后期若需進(jìn)行位移監(jiān)測,一級平臺以上區(qū)域是監(jiān)測的重點(diǎn)。

（3）本文主要從整體位移的角度對抗滑樁組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,沒有從滑坡體的塑性區(qū)進(jìn)行分析,此方面有待進(jìn)一步深入研究。