深基坑邊坡穩定性及支護技術研究

何 旭 龍

(遼寧省公路路政管理局，遼寧 朝陽 122400)

深基坑邊坡穩定性及支護技術研究

何 旭 龍

(遼寧省公路路政管理局，遼寧 朝陽 122400)

通過對深基坑邊坡支護工程的發展與研究現狀分析，提出了邊坡處治基本理論及穩定性分析的方法，并對邊坡工程的設計與加固進行了分析研究，介紹了幾種增強土坡穩定性的常用方法，利用大型有限元分析軟件ADINA對某一采用錨桿支護的邊坡在地震荷載作用下的動力穩定性進行了分析，對于復雜動荷載作用的邊坡穩定性分析問題做出了很好的解決。

深基坑，邊坡，穩定性，地震荷載

0 引言

近年來，隨著建筑業的迅速發展，樓房越建越高，而基礎相應越埋越深。由于受周圍客觀環境的影響，深基坑開挖不能無限的放坡，只能根據場地的地質條件及其場地周邊附加荷載情況，在安全、經濟、施工方便的條件下，選取最佳支護方式及最優支護設計參數。顯然，不同的地層條件下，深基坑邊坡支護計算模式的選擇，成為邊坡支護設計安全經濟成功與否的關鍵。

數值分析和模型試驗法能較真實地模擬邊坡在地震作用過程中的動力特性和破壞機制，是邊坡地震反應分析的兩種主流方法。目前，常用于邊坡地震穩定性分析的數值方法主要為有限單元法和有限差分法。它們在模擬含眾多不連續結構面的巖體問題中有一定的局限性，而離散單元法在求解巖體這類不連續介質的問題中彌補了有限單元法和有限差分法的某些不足。

1 邊坡處治基本理論及穩定性分析

邊坡一般是指具有傾斜坡面的土體或巖體。由于坡表面傾斜，在坡體本身重力及其他外力作用下，整個坡體有從高處向低處滑動的趨勢，同時，由于坡體土(巖)自身具有一定的強度和人為的工程措施，它會產生阻止坡體下滑的抵抗力。在工程設計中，判斷邊坡穩定性的大小習慣上采用的是邊坡穩定安全系數來衡量。

Bishop(1995)明確了土坡穩定安全系數的定義：

(1)

其中，τf為沿整個滑裂面上的平均抗剪強度；τ為沿整個滑裂面上的平均剪應力；Fs為邊坡穩定安全系數。

按照上述邊坡穩定性概念，顯然，Fs>1，土坡穩定；Fs<1，土坡失穩；Fs=1，土坡處于臨界狀態。

2 基于ADINA的某邊坡在地震作用下穩定性分析

本例為一個兩層的邊坡，土的參數如表1所示，在ADINA中，該模型被劃分為831個節點和250個四邊形單元。邊界條件為底部是固定的，兩側土體的水平位移是固定的，邊坡用錨桿進行加固。分析中對該模型施加重力荷載和地震波。地震波形分別采用如圖1所示的波形。

表1 土的參數表

模型網格劃分如圖2所示。

2.1 地震荷載作用時邊坡主應力分析

對地震荷載作用前后邊坡主應力進行分析，進行豎向位移分析，得出地震前、后邊坡的主應力和剪應力云圖。圖3為地震作用引起的邊坡主應力分布云圖，圖4為地震作用引起的邊坡剪應力分布云圖。

圖3和圖4表明，基坑邊坡面附近的主應力跡線均明顯偏轉，表現為最大主應力σmax與坡面接近平行，最小主應力σmin與坡面近于正交，向坡體內逐漸恢復到初始應力狀態。由于應力的重新分布，在坡面附近產生應力集中帶。不同部位其應力狀態是不同的，在坡腳附近,平行坡面的切向應力τ顯著升高，而垂直坡面的徑向應力τr顯著降低，由于應力差大，于是就形成了最大剪應力τmax增高帶，容易發生剪切破壞。在坡肩附近,在一定條件下坡面徑向應力和坡頂切向應力最終轉化為拉應力，形成拉應力帶。因此，坡肩附近最易拉裂破壞。

2.2 地震荷載作用時位移分析

圖5為地震荷載作用前后邊坡豎向位移云圖。

對比圖5a)和圖5b)，可知地震作用改變了邊坡土體豎向位移場的分布。地震荷載作用使得邊坡坡面處產生不均勻位移，自坡頂至坡腳處位移逐漸減小。

3 結語

1)從邊坡穩定性的概念入手，介紹了邊坡穩定性分析的基本理論，分析了邊坡穩定性的影響因素，提出了邊坡穩定性的處理措施；

2)利用大型有限元分析軟件ADINA，對地震荷載作用下某深基坑邊坡穩定性分析進行數值模擬。數值模擬結果表明：地震荷載作用后基坑邊坡面附近的主應力跡線均明顯偏轉，易形成剪應力增高帶，從而使邊坡產生剪切破壞。地震荷載也引起了邊坡的位移重新分布。

[1] 劉紅帥,薄景山,劉德東.巖土邊坡地震穩定性分析研究評述[J].地震工程與工程振動，2005，25(1)：164-171.

[2] 薄景山,徐國棟,景立平.土邊坡地震反應及其動力穩定性分析[J].地震工程與工程振動,2001,21(2)：16-120.

[3] 陳玲玲，陳敏中，錢勝國.巖質陡高邊坡地震動力穩定分析[J].長江科學院院報，2004，21(1)：33-35.

[4] 劉春玲，祁生文，童立強，等.利用FLAC3D分析某邊坡地震穩定性[J].巖石力學與工程學報，2004，23(16)：2730-2733.

[5] 祁生文.邊坡動力響應分析及應用研究[D].北京：中國科學院地質與地球物理研究所博士學位論文，2002.

[6] BARDET J P，SCOTT R F.Seismic stability of fracture rock masses with the distinct element method[C]//Proceedings of the 26th U.S.Symposium on Rock Mechanics(USRMS).Rotterdam：A.A.Balkema,1985：139-149.

[7] ZHANG C H，PEKAU O A，JIN F，et al.Application of distinct element method in dynamic analysis of high rock slopes and block structures[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering，1997,16(6):385-394.

[8] 陶連金，蘇生瑞，張倬元.節理巖體邊坡的動力穩定性分析[J].工程地質學報，2001,9(1):32-38.

[9] 譚儒蛟，胡瑞林，徐文杰，等.虎跳峽龍蟠右岸斜坡變形的地質力學機制探討[J].巖石力學與工程學報，2005，24(S2)：5674-5679.

Research on stability and support technology of deep pit slope

HE Xu-long

(HighwayManagementBureauinLiaoningProvince,Chaoyang122400,China)

This paper analyzes the development of deep foundation engineering and research, presents the basic theory and treatment of analysis method of slope stability, which is the basis of engineering design and analysis of reinforcement. This paper introduces a few kind of common method for enhancing the stability of slopes. In this paper, a slope under seismic load dynamic stability is analyzed by ADINA software, which gives a good solution of the complex dynamic loading problem of slope stability analysis.

deep foundation， slope， stability， seismic load

1009-6825(2014)11-0104-03

2014-02-04

何旭龍(1987- )，男，助理工程師

TU413.62

A